RU2017228C1 - Physics educational device - Google Patents
Physics educational device Download PDFInfo
- Publication number
- RU2017228C1 RU2017228C1 SU4948193A RU2017228C1 RU 2017228 C1 RU2017228 C1 RU 2017228C1 SU 4948193 A SU4948193 A SU 4948193A RU 2017228 C1 RU2017228 C1 RU 2017228C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frame
- rod
- vertical axis
- rotation
- statically balanced
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Toys (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к учебным пособиям по физике и теоретической механике и может быть использовано для демонстрации большой группе слушателей явления прецессии гироскопа и закона сохранения момента количеств движения материальной системы. The invention relates to textbooks in physics and theoretical mechanics and can be used to demonstrate to a large group of students the phenomenon of the precession of the gyroscope and the law of conservation of angular momentum of the motion of the material system.
Известен учебный прибор для демонстрации прецессии гироскопа под действием момента силы тяжести, содержащий стойку с подшипниками, в которых установлен шток, закрепленный на штоке с возможностью качания кожух со штангой и противовесом и расположенный в кожухе электродвигатель, линия питания которого содержит контактные кольца, при этом подшипники выполнены электрически изолированными от стойки, а контактные кольца совмещены с наружными и внутренними обоймами подшипников, каждый провод линии питания имеет разрыв, один конец которого связан с наружной, а другой - с внутренней обоймой одного из подшипников, причем тела качения подшипников выполнены из электропроводного материала (а.с.СССР N 1370662, кл. G 09 B 23/06, 1988). A known training device for demonstrating the precession of a gyroscope under the action of a moment of gravity, comprising a strut with bearings, in which a rod is mounted, a casing with a rod and a counterweight, and an electric motor located in the casing, can be swung, the supply line of which contains contact rings, while the bearings made electrically isolated from the rack, and the contact rings are combined with the outer and inner bearings of the bearings, each wire of the power line has a gap, one end of which Knit with external and the other - the inner race of a bearing, wherein the rolling bodies of bearings made of electrically conductive material (a.s.SSSR N 1370662, cl G 09 B 23/06, 1988.).
Известный прибор позволяет продемонстрировать прецессию гироскопа под действием момента силы тяжести, но не позволяет продемонстрировать закон сохранения момента количеств движения материальной системы. The known device allows you to demonstrate the precession of the gyroscope under the action of the moment of gravity, but does not allow to demonstrate the law of conservation of angular momentum of the momentum of the material system.
Известен учебный прибор по физике для иллюстрации третьего закона Ньютона при вращательном движении тел, содержащий установленный на подставке поворотный вертикальный стержень, съемную вилку, надеваемую на стержень, смонтированное на вилке съемное коромысло, на противоположных концах которого расположены два маховика, соединенные между собой упругой нитью, и набор дисков, надеваемых на вертикальный стержень (а.с. СССР N 288429, кл. 42 n 11/01, 1971). A teaching device in physics is known to illustrate Newton’s third law when rotating bodies, containing a rotatable vertical rod mounted on a stand, a removable fork, put on a rod, a removable beam mounted on the fork, at the opposite ends of which are two flywheels connected by an elastic thread, and a set of discs worn on a vertical rod (AS USSR N 288429, CL 42
Данный прибор позволяет получить переменный момент инерции всей системы относительно вертикальной оси и продемонстрировать возможность создания управляющих моментов с помощью маховиков, но не позволяет продемонстрировать гироскопические явления с использованием его вращающихся масс. This device allows you to obtain a variable moment of inertia of the entire system relative to the vertical axis and demonstrate the possibility of creating control moments using the flywheels, but does not allow to demonstrate gyroscopic phenomena using its rotating masses.
Наиболее близким по конструктивным признакам к предлагаемому устройству является учебный прибор по физике и теоретической механике под названием "Маятник Пошехонова", содержащий основание, вертикальную ось, установленную на ней раму с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси и горизонтальную ось рамы, на которой установлен с возможностью вращения статически уравновешенный стержень с массами на его концах (Демонстрационные приборы по теоретической механике./Под ред.проф. Н.В.Бутенина. ВИКИ им. А.Ф.Можайского, 1980, Л.: с.51-53). The closest in design features to the proposed device is a training device in physics and theoretical mechanics called the Poshekhonov’s Pendulum, containing a base, a vertical axis, a frame mounted on it with the possibility of free rotation around the vertical axis and a horizontal axis of the frame, which is installed with the possibility rotation of a statically balanced rod with masses at its ends (Demonstration devices in theoretical mechanics. / Under the editorship of prof. N.V. Butenin. VIKI im.A.F. Mozhaiskogo, 1980, L .: p.51-53).
При вращении стержня прибора вокруг горизонтальной оси расстояние масс до оси вращения рамы изменяется, что дает возможность получить переменный момент инерции всей системы относительно вертикальной оси. Однако данный прибор не позволяет продемонстрировать гироскопические явления с использованием его вращающихся масс. When the rod of the device rotates around the horizontal axis, the distance of the masses to the axis of rotation of the frame changes, which makes it possible to obtain a variable moment of inertia of the entire system relative to the vertical axis. However, this device does not allow to demonstrate gyroscopic phenomena using its rotating masses.
Цель изобретения - повышение дидактических возможностей. The purpose of the invention is the improvement of didactic opportunities.
Цель достигается тем, что в учебном приборе по физике, содержащем основание, вертикальную ось, установленную на ней раму с возможностью свободного вращения вокруг вертикальной оси, горизонтальную ось рамы, на которой установлен статически уравновешенный стержень с грузами на его концах, в нем один из грузов выполнен в виде гироскопа, а статически уравновешенный стержень выполнен составным из двух установленных с возможностью осевого перемещения и фиксации одна относительно другой частей, первая из которых - наружная соединена с помощью полуосей и втулок со стойками рамы, а вторая - внутренняя содержит установленный соосно статически уравновешенному стержню на подшипниках ротор, который выполнен, например, в виде шара аналогично грузу, жестко установленному на конце наружной части статически уравновешенного стержня. The goal is achieved by the fact that in a physics training device containing a base, a vertical axis, a frame mounted on it with the possibility of free rotation around a vertical axis, a horizontal axis of the frame, on which a statically balanced rod with loads at its ends is mounted, one of the loads made in the form of a gyroscope, and the statically balanced rod is made up of two parts installed with the possibility of axial movement and fixation relative to one another, the first of which is the outer connected with semiaxes and bushings with frame racks, and the second internal contains a rotor mounted coaxially to a statically balanced rod on bearings, which, for example, is made in the form of a ball similar to a load rigidly mounted on the end of the outer part of a statically balanced rod.
На чертеже изображен предлагаемый учебный прибор по физике. The drawing shows the proposed educational device in physics.
Учебный прибор по физике содержит основание 1, вертикальную ось 2, закрепленную на основании, раму 3 со стойками, установленную на вертикальной оси 2 с помощью подшипника 4 так, что внутренний плоский торец отверстия подшипника 4 опирается на сферический торец вертикальной оси 2, статически уравновешенный стержень 5 с грузами 6 на его концах, который выполнен составным из двух установленных с возможностью осевого перемещения и фиксации одна относительно другой частей, первая 7 из которых - наружная соединена с помощью полуосей 8 и подшипниковых втулок 9 со стойками рамы 3, а вторая 10 - внутренняя содержит установленный соосно статически уравновешенному стержню 5 на подшипниках 11 ротор 12 гироскопа, который выполнен, например, в виде шара аналогично грузу 6, жестко установленному на конце наружной части 7 статически уравновешенного стержня, и фиксатор 13 внутренней части 10 стержня 5, укрепленный на наружной части 7 стержня 5. The physics teaching device contains a base 1, a
Учебный прибор по физике работает следующим образом. The training device in physics works as follows.
На первом и втором этапах при демонстрации закона сохранения момента количеств движения материальной системы грузы 6 находятся на одинаковом расстоянии от полуосей 8 рамы 3, внутренняя часть 10 стержня 5 зафиксирована фиксатором 13 относительно его внешней части 7. Затем раме 3 сообщается вращение вокруг вертикальной оси при неподвижном относительно рамы 3 стержне 5. Наиболее целесообразно при этом устанавливать стержень в горизонтальном или близком к нему положении. Ввиду отсутствия момента внешних сил (моментом сил трения в подшипнике 4 можно пренебречь) и постоянства момента инерции системы относительно вертикальной оси угловая скорость вращения рамы 3 остается неизменной. По окончании демонстрации этой закономерности рама 3 останавливается. At the first and second stages, when demonstrating the law of conservation of the moment of momentum of the material system, the
После этого вначале приводится во вращение с небольшой угловой скоростью стержень 5 и затем снова сообщается вращение вокруг вертикальной оси 2 раме 3. Благодаря вращению стержня 5 и грузов 6 момент инерции всей системы периодически изменяется. И так как при этом момент количеств движения системы сохраняет все время постоянное значение, то вращение рамы 3 происходит с переменной угловой скоростью, изменяющейся в соответствии с изменением положения стержня 5. After that, the
На третьем этапе производится демонстрация прецессии тяжелого гироскопа и его устойчивости к ударным нагрузкам, а также возникновение гироскопического момента. Для этого ротору 12 гироскопа с помощью переносного электродвигателя сообщается необходимая скорость вращения (примерно 500-700 об/мин). С этой целью резиновый диск, закрепленный на валу внешнего электродвигателя, приводится в непосредственный контакт с ротором 12 прибора и благодаря силе трения резиновый диск вовлекает ротор 12 во вращение. The third stage demonstrates the precession of a heavy gyroscope and its resistance to shock loads, as well as the occurrence of a gyroscopic moment. For this, the
По окончании раскрутки ротора 12 осуществляется вращение рамы 3 прибора вокруг вертикальной оси, которое приводит к появлению гироскопического момента, и, как следствие, к повороту ротора 12 около полуосей 8. At the end of the spinning of the
Для демонстрации прецессии тяжелого гироскопа и его устойчивости к ударным нагрузкам фиксатором 13 раскантривается внутренняя часть 10 стержня 5 с ротором 12, которая затем выдвигается на всю возможную длину и снова фиксируется фиксатором 13 во внешней части 7 стержня 5. Стержень 5 устанавливается под разными углами к вертикали, и в пределе угол его наклона доводится до 90о.To demonstrate the precession of a heavy gyroscope and its resistance to shock loads, the
При той же угловой скорости собственного вращения ротора 12 угловая скорость прецессии не изменяется, что демонстрирует пропорциональность момента силы тяжести, а следовательно, скорости конца вектора кинетического момента, синуса угла отклонения оси от вертикали и одновременной пропорциональности этому синусу радиуса и длины окружности, описываемой указанным вектором. At the same angular velocity of the intrinsic rotation of the
Для демонстрации устойчивости гироскопа к ударным нагрузкам наносятся легкие удары по его диску или стержню 5. To demonstrate the stability of the gyroscope to shock loads, light strokes are applied to its disk or
Конструкция данного прибора позволяет получить переменный момент инерции всей системы относительно вертикальной оси при отсутствии момента внешних сил и наглядно продемонстрировать закон сохранения момента количеств движения материальной системы, а также продемонстрировать ряд гироскопических явлений. The design of this device allows you to obtain a variable moment of inertia of the entire system relative to the vertical axis in the absence of external forces and to clearly demonstrate the law of conservation of angular momentum of the material system, as well as to demonstrate a number of gyroscopic phenomena.
Ожидается положительный качественный эффект при изучении соответствующих разделов физики и механики, экономический эффект от лучшего усвоения демонстрируемых физических законов. A positive qualitative effect is expected when studying the relevant branches of physics and mechanics, the economic effect of a better assimilation of the demonstrated physical laws.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4948193 RU2017228C1 (en) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | Physics educational device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU4948193 RU2017228C1 (en) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | Physics educational device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2017228C1 true RU2017228C1 (en) | 1994-07-30 |
Family
ID=21580706
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU4948193 RU2017228C1 (en) | 1991-06-24 | 1991-06-24 | Physics educational device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2017228C1 (en) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101458878B (en) * | 2008-12-25 | 2012-06-27 | 青岛理工大学 | Mechanics experiment instrument |
CN104655154A (en) * | 2015-03-09 | 2015-05-27 | 中南大学 | Static balance testing device and method of high-precision gyroscope suspension system |
RU2664230C1 (en) * | 2017-07-17 | 2018-08-15 | Олег Васильевич Киреенко | Method and device for demonstrating and studying the motion of a mathematical pendulum with pitchings of its suspension |
RU210638U1 (en) * | 2022-01-19 | 2022-04-25 | Светлана Сергеевна Самохина | TRAINING DEVICE FOR DEMONSTRATION OF AIRCRAFT BALANCE PROPERTIES |
CN115240520A (en) * | 2022-07-20 | 2022-10-25 | 苏州大学 | Theoretical mechanics experimental apparatus based on rotor inertia |
-
1991
- 1991-06-24 RU SU4948193 patent/RU2017228C1/en active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Бутенин Н.В. Демонстрационные приборы по теоретической механике. Л., 1980, с.51-53. * |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101458878B (en) * | 2008-12-25 | 2012-06-27 | 青岛理工大学 | Mechanics experiment instrument |
CN104655154A (en) * | 2015-03-09 | 2015-05-27 | 中南大学 | Static balance testing device and method of high-precision gyroscope suspension system |
CN104655154B (en) * | 2015-03-09 | 2017-12-15 | 中南大学 | A kind of high accuracy gyroscope instrument suspension static balance test device and method |
RU2664230C1 (en) * | 2017-07-17 | 2018-08-15 | Олег Васильевич Киреенко | Method and device for demonstrating and studying the motion of a mathematical pendulum with pitchings of its suspension |
RU210638U1 (en) * | 2022-01-19 | 2022-04-25 | Светлана Сергеевна Самохина | TRAINING DEVICE FOR DEMONSTRATION OF AIRCRAFT BALANCE PROPERTIES |
CN115240520A (en) * | 2022-07-20 | 2022-10-25 | 苏州大学 | Theoretical mechanics experimental apparatus based on rotor inertia |
CN115240520B (en) * | 2022-07-20 | 2023-12-01 | 苏州大学 | Theoretical mechanics experimental device based on rotor moment of inertia |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5506459A (en) | Magnetically balanced spinning apparatus | |
US5182533A (en) | Magnetically levitated spinning axel display apparatus | |
RU2017228C1 (en) | Physics educational device | |
CN1256218C (en) | Wire walking robot | |
JP2010096044A (en) | Motor for rotary device using gravity, and rotary device using magnetism | |
US2979367A (en) | Dynamic bearing | |
GB2215048A (en) | Linear force from rotating system | |
US4446418A (en) | Generator and drive system | |
US3750308A (en) | Educational demonstration model | |
US2422120A (en) | Artificial horizon | |
RU2151426C1 (en) | Device for gyro effect presentation | |
CN209974787U (en) | Variable gravity cell experimental device based on three-dimensional rotation | |
RU2234066C2 (en) | Device for determination of unbalance of rotors in a static mode | |
Barker | Elementary analysis of the gyroscope | |
SU128179A1 (en) | Installation for measuring small damping moments when testing models in wind tunnels | |
CN106781892B (en) | Gyroscope device | |
SU1681324A1 (en) | Training device for demonstrating phenomenon of processia | |
CN2854734Y (en) | Magnetic suspension and recoil motion tester | |
RU2028011C1 (en) | Training device for demonstration of gyroscopic effect | |
CN204050881U (en) | A kind of infinitely variable speeds diabolo assembly of retractable | |
SU1497468A1 (en) | Apparatus for static balancing | |
SU1767513A1 (en) | Training instrument in physics | |
RU2051422C1 (en) | Device for demonstration of gyroscopic effect | |
Semat et al. | Physics, chapter 11: Rotational motion (the dynamics of a rigid body) | |
US1987763A (en) | Demonstration apparatus of gyroscopic principles |