SU1300538A1 - Учебный прибор по физике - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к учебным приборам по физике и позвол ет повысить нагл дность демонстрации и точности регистрации колебательного- движени  ма тниковой колебательной системы . Ма тниковые колебательные системы установлены в корпусе 1, подвешенном на упругодемпфируюш;ем подвесе, св занном со средством дл  регистра/тт Х ции перемещений корпуса 1 под воздействием ма тниковых колебательных систем . Средство дл  задачи и регулировки частоты колебаний ма тниковой колебательной системы состоит из двигатели 14, соединенного через понижающую зубчатую передачу имеющую шестерни 15, 16, кривошипно-кулисный механизм 17 и повышающую зубчатую передачу , имеющую шестерни 18, 19, с осью вращени  4 полого диска 13, упругий элемент выполнен в виде торсиона 3, одним концом- посредством конической передачи 20 св занного с осью вращени  4, а другим концом посредством нат жного устройства с корпусом 1. 2 ил. ю (Л ел 00 00

Description

11300538

Изобретение относитс  к учебным при- мещени 

23, и р нен с к

борам по физике и может быть использовано дл  демонстрации закона движени  центра масс материальной системы тел.

Цель изобретени  - повышение нагл дности демонстрации и точности регистрации колебательного движени .

При работе двигателей 14 их вращающие моменты через шестерни 15 и 16, представл ющие понижающий редуктор.

На фиг.1 схематически представлен

- fn привод т во вращение кривошипно-куучебный прибор; на фиг.2 - схема деи-

ствующих сил и моментов учебного прибора .

Учебный прибор по физике содержит корпус 1, кронштейн 2, торсион 3,

лисный механизм 17, кулиса которого совершает при этом встречные угловые, колебательные движени  (качани ). Эти угловые колебани  движени  через по- )5 вышающий редуктор 18 и 19 передаютс  ос м вращени  и каждой ма тниковой колебательной системы, полые диски 13 которых вместе с ма тниковыми 5 и балансировочными 6 инерционными мас- 20 сами совершают при этом встречные

угловые (крутильные) движени  с большой угловой амплитудой (), производ  закручивание торсиона 3 с частотой вынужденных угловых движений Учебный прибор имеет также упруго- ... , „чio о

-,25 (вращении) полых дисков 13. В зависидве ма тниковые колебательные системы , кажда  из которых имеет ось вращени  4, ма тниковую и сменную балансировочную инерционные массы 5 и 6 и снабжена средством дл  задачи и регулировки частоты ее колебаний, и средство дл  регистрации перемещений корпуса 1 при воздействии ма тниковых колебательных систем.

35

демпфирующий подвес 7, св занный с корпусом 1 и кронштейном 2, средство дл  регистрации перемещений корпуса состоит из св занной с кронштейном 2 силоизмерительной пружины 8, соеди- ненного с ней и корпусом 1 коромысло- вого стержн  9 с стрелочным указателем 10 на одном конце и уравновешивающим грузом 11 на другом конце и шкалы регистрации перемещений 2.

При этом кажда  ма тникова  колебательна  система имеет полый диск 13 с размещенной в нем с возможностью

свободного вращени  сменной балансировочной массой 6 и жестко закрепленной ма тниковой инерционной массой 5. Средство дл  задачи и регулировки частоты колебаний каждой ма тниковой колебательной системы состоит из двигател  14, соединенного через понижающую зубчатую передачу, имеющую шестерни 15 и 16, кривошипно-кулисньй

механизм 17 и повьш1ающую зубчатую передачу , имеющую шестерни 18 и 19с осью вращени  4 ма тниковой колебательной системы. I

Торсион 3 одним концом посредством конической передачи 20 св зан с осью вращени  4 каждой ма тниковой колебательной системы, а вторым концом посредством нат жного устройства, состо щего из плунжера 21 с центральным отверстием, в котором расположен с возможностью поступательного перемости от соотношени  частоты изменени  приведенного к ос м вращени  4 полых дисков 13 вращающегос  момента к частоте свободных колебаний упругой системы: полые диски 13 - торсион 3, могут устанавливатьс  режимы вынужденных вращательных движений полых дисков 3 - дорезонансный, резонансный и послерезонансный. Каждому из этих режимов работы соответствует определенное силовое воздействие со стороны вращаемых полых дисков 13 вместе с ма тниковыми 5 и балансировочными 6 инерционными массами на корпусе 1, который вместе с двигател ми 14, зубчатыми передачами и кри- вошипно-кулисными механизмами представл ет собой материальную систему тел учебного прибора. Под действием

1}5 указанных силовых воздействий (силовых импульсов), положительна  составл юща  которых определ етс  амплитудой силы F , где К - коэффициент , определ емый величиной и ге50 ометрией инерционных масс; Cfg/O) - амплитуда и углова  частота колебаний полого диска, корпус через упруго- .- демпфирующий подвес 7 отклон ет стрелочный указатель 10 коромыслового

55 стержн  9 от нулевого заданного положени , что фиксируетс  по шкале 12. Упругодемпфирующий подвес 7 позвол ет при этом ослабл ть или полностью устран ть не представл ющие интереса вымещени 

22 с цилиндрической пружиной 23, и регулированных винтов 24 соединен с корпусом 1.

Учебный прибор работает следующим образом.

При работе двигателей 14 их вращающие моменты через шестерни 15 и 16, представл ющие понижающий редуктор.

5

мости от соотношени  частоты изменени  приведенного к ос м вращени  4 полых дисков 13 вращающегос  момента к частоте свободных колебаний упругой системы: полые диски 13 - торсион 3, могут устанавливатьс  режимы вынужденных вращательных движений полых дисков 3 - дорезонансный, резонансный и послерезонансный. Каждому из этих режимов работы соответствует определенное силовое воздействие со стороны вращаемых полых дисков 13 вместе с ма тниковыми 5 и балансировочными 6 инерционными массами на корпусе 1, который вместе с двигател ми 14, зубчатыми передачами и кри- вошипно-кулисными механизмами представл ет собой материальную систему тел учебного прибора. Под действием

5 указанных силовых воздействий (силовых импульсов), положительна  составл юща  которых определ етс  амплитудой силы F , где К - коэффициент , определ емый величиной и ге0 ометрией инерционных масс; Cfg/O) - амплитуда и углова  частота колебаний полого диска, корпус через упруго- .- демпфирующий подвес 7 отклон ет стрелочный указатель 10 коромыслового

5 стержн  9 от нулевого заданного положени , что фиксируетс  по шкале 12. Упругодемпфирующий подвес 7 позвол ет при этом ослабл ть или полностью устран ть не представл ющие интереса вы31300

сокочастотные составл ющие силовых импульсов, которые привод т к дрожанию стрелочного указател  10 и мешают наблюдени м при демонстраци х, ко- торые могут проводитьс  при действии различных (совместно действующих и разделенных) сил инерции ма тниковых 5 и балансировочных 6 инерционных масс.

Режимы работы устройства при де- fO ни  крутильных колебаний;

монстрации устанавливаютс  заданием соответствующей скорости вращени  двигател  14. При этом задаваемые значени  скорости вращени  этих двигателей определ ютс  из теоретически

предсказываемого режима вертикальных колебаний только корпуса 1 на упруго- демпфирующем подвесе 7, так как за период колебаний корпуса 1 коромыс- ловый стержень 9 можно в первом приблежении считать неподвижным. Колебани  корпуса 1 и ма тниковых колебательных систем определ ютс  системой действующих сил и моментов схемы на фиг.2, где М - масса корпуса 1 с двигател ми 14, кулисными механизмами , понижающими и повышающими)едук- торами;

т, I - масса и момент инерции ма тниковых инерционных масс 5;

т - масса балансировочных инерционных масс 6;

JE -Е7) Ь а IS i{ «Cf)lslnc, .

i( (in-mg)Igsincfjfsin(p+ Alcf coscfi(1)

dV dt

В

dqdZ .

iT)( il f) - )binc,

1 г г1

i (y BpoSin(ot+(m-mg)gsintfj+2(m-mgf cjp cosCf sincf | (2)

где A Ig + I + (m+mg); В (M+2(mg + m + mg)), E((f) AB-2(m-ins),

и выполн етс  условие

cZo М+2(тэ +m-Hn5)g

во врем  демонстрации, целесообраз- 45 но предварительно находить с использованием ЭВМ. Приближенную оценку ожидаемого решени  системы дифференциальных уравнений и соответствующего результирующего воздействи  колеВследствие существенных дифферен- Q баний корпуса 1 через упругодемпфиру- циальных уравнений динамической моде- „щий подвес 7 на коромысловый стерли точное решение системы дл  харак- жень 9 можно получить из уравнени  терных режимов работы, исследуемых движени  центра масс системы тел

1

,

i I ,- -2(n.-m) (i|-Jsincf Uj) coscf)| ,

.dcfJ

которое после подстановки значений преобразуетс  к виду

- рассто ние осей симметрии ма тниковых 5 и балансировочных 6 инерционных масс от осей вращени  А полых дисков 13;

т,,, Ig - масса и момент инерции полых дисков 13;

В,,К - приведенные к ос м 4 вращающий момент двигател  14. жесткость торсиона 3 и коэффициент демпфироваср - угол поворота полых дисков 13 от начального нулевого положени ;

с, b -жесткость и коэффициент демпфировани  упругодемпфирующего подускорение силы т жестиJ

X dZ . . dcf врем  j , Z -- , - .

dt

dt

dt

При использовании двигателей достаточной мощности можно пренебречь изменением заданной скорости их вращени  под действием переменных моментов инерции ма тниковых колебательных систем. Полага , что D D sinot и учитыва  св занность колебаний обеих ма тниковых колебательных систем, колебательные движени  корпуса 1 на упругодемпфирующем подвесе можно представить системой двух дифференциальных уравнений

j) coscf)| ,

.dcfJ

(3)

dfZ ц.м - t

-(),

dZ „

где j HZ- функции времени, определ емые из решени  системы дифференциальных уравнений (1, 2) дл  различных СО .

Из последнего уравнени  следует, что при характерными режимами работы устройства  вл ютс  те,при которых CJ и, следовательно, задаваема  скорость вращени  двигателей 14 варьируетс  в области резонанса как дл  крутильных колебаний ма тниковых колебательных систем, так и дл  верт тикальных колебаний корпуса 1 на уп- ругодемпфирующем подвесе 7. При совп дении со с каждой из этих частот происходит резкое увеличение соответствующих колебаний, которое приводит к уменьшению результирующего динамического воздействи  корпуса I через упру го демпфирующий подвес 7 на коромысловый стержень 9. Такое поведение учебного прибора объ сн етс  фазовым сдвигом соответствующих вынужденных колебаний. При резонансе этот сдвиг равен . и /2, после резонанса при достаточном удалении от него фазовый сдвиг приближаетс  к , поэтому соответствующее результирующее динамическое воздействие на корпус приближаетс  к величине, имевшей место в дорезонансной зоне колебаний, но с обратным знаком. Эти изменени  результирующего динамического воздействи  на коромысловый стержень 9 при род т к угловым поворотам последнего которые регистрируютс  с помощью стрелочного уакзател  10 и шкалы 12. ,

Учебный прибор обеспечивает, таким образом, .существенное повьшение нагл дности колебательного движени  исследуемой материальной системы тел подвещенной на зшругодемпфирующем подвесе 7, и может быть использован как дл  демонстрационных целей дп 

5

13005386

больших групп обучающихс , так и научно-исследовательских целей.

Claims (1)

1. Формула изобретен

   -5 0 5 0

   5

   0

   Учебный прибор по физике, содержащий корпус, кронштейн, торсион, две ма тниковые колебательные системы, каж;;л,а  из которых имеет ось вращени , матниковую и сменную балансировочную инерционные массы и снабжена средством дл  задачи и регулировки частоты ее колебаний, и средство дл  регистрации перемещений корпуса под воздействием ма тниковых колебательных систем, отличающийс  тем, что, с целью повьш1ени  нагл дности демонстрации и точности регистрации колебательного движени , он имеет упругодемпфирующий подвес, св занный с корпусом и кронштейном, а средство дл  регистрации перемещений корпуса состоит из св занной с кронштейном силоизмерительной пружины и соединенного с ней и с корпусом ко- ромыслового стержн  со стрелочным указателем на одном конце и уравновешивающим грузом на другом конце, при этом кажда  ма тникова  колебательна  система имеет диск с щенной в нем с возможностью свободно- го вращени  сменной балансировочной массой и жестко закрепленной ма тниковой инерционной массой, а средство дл  задачи и регулировки частоты колебаний каждой ма тниковой колебательной системы состоит из двигател , соединенного через понижающую зубчатую передачу, кривошипно-кулисный механизм и повышсцощую зубчатую передачу с осью вращени  ма тниковой колебательной системы, причем торсион одним концом посредством крнической передачи св зан с осью вращени  каждой ма тниковой колебательной системы, а вторым концом посредством нат жного устройства соединен с корпусом.

   а

   C()92

   11

   М

   1

   t f+fiy

   Составитель Т.Григор н Редактор Н.Горват Техред К.Кравчук . Корректорам.Король

   Заказ 155/51 Тираж

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб., д.4/5

   Производственно

   -полиграфическое предпри тие,г.Ужгород,ул.Проектна ,4

   f (f1+2(n7g +fn +mif jlg ZJ фиг, 2