Учебный прибор по механике

 

Использование: демонстрация методов определения векторов угловых скоростей и моментов сил при гироскопических явлениях . Сущность изобретения: прибор имеет основания с Г-образной стойкой. Со стойкой и основанием посредством полуосей связан подвес в виде местной рамы. На подвесе посредством горизонтальных опор установлен гиромотор с возможностью поворота в вертикальной плоскости. На подвесе установлены потенциометр и силоизмеритель, связанные с опорами гиромотора. Прибор имеет средство световой индикации направления векторов гироскопического момента и угловых скоростей и регулятор скорости вращения подвеса и гиромотора. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 09 В 23/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4776523/12 (22) 03,01.90 (46) 07.10,92. Бюл. ¹ 37 (71) Таганрогский радиотехнический институт им. В.Д. Калмыкова (72) В.И. Косов и Е.Г. Утишев (56) Авторское свидетельство СССР

¹- 1555706, кл, G 09 В 23/08, 1988. (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО МЕХАНИКЕ (57) Использование: демонстрация методов определения векторов угловых скоростей и моментов сил при гироскопических явлениях, Сущность изобретения: прибор имеет

Изобретение относится к учебным при.борам по механике и позволяет расширить демонстрационные возможности гироскопических явлений, в частности для демонстрации методов определения векторов угловых скоростей и моментов сил.

Известно устройство (авт. ce. ¹

1251156, кл. G 09 В 23/08. Бюл. ¹ 30, 1986), содержащее привод, кардановый подвес, состоящий иэ установленной посредством оси вращения на основании рамы и расположенного в раме кольца с горизонтальной осью вращения, и установленные в кольце ротор, закрепленную одним концом на основании и связанную другим концом с осью вращения рамы спиральную пружину, а привод выполнен в виде реверсивного двигателя с регулируемым крутящим моментом, ось вращения которого кинематически связан с осью кольца.

Недостатком этого прибора является то. что его нельзя перестроить для демонстраЯ2 1767513 А I основания с Г-образной стойкой. Со стойкой и основанием посредством полуосей связан подвес в виде местной рамы, На подвесе посредством горизонтальных опор установлен гиромотор с возможностью поворота в вертикальной плоскости. На подвесе установлены потенциометр и силоизмеритель, связанные с опорами гиромотора. Прибор имеет средство световой индикации направления векторов гироскопического момента и угловых скоростей и регулятор скорости вращения подвеса и гиромотора, 1 ил, ции методов определения векторных вели- (/) чин при гироскопических явлениях, Известен прибор (авт, св, ¹ 1251532, кл, G 09 В 23/06, бюл. № 32, 1986), содержащий основание с опорой, гироскоп в виде волчка, нижний конец оси которого размещен на опоре, и стойку с вертикально закрепленным на ней упором, средство для измерения угла нутации, выполненное в виде соеди- !(Ь

1 ненного с упором посредством стопорного винта диска, имеющего криволинейную по- Щ верхность для контактирования с осью волчка, причем нижний конец упора заострен, а верхний конец оси волчка имеег гнездо для размещения заостренного конца упора при запуске волчка.

Недостатком этого прибора является то, что его нельзя перестроить для измерения векторных величин угловых скоростей и моментов сил.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности и достигае юму результату является прибор, содержащий ус1767513

20 тановленную на основании платформу со стойкой, электродвигатель, на ось которого насажен маховик, на стойке закреплен ворот, две контрольные планки с общей линией визирования, одна из которых установлена на электродвигателе, а другая — на вороте, горизонтальную винтовую ось с гайкой-противовесом;,установленную на свободном тбрце электродвигателя, хомут, установленный на корпусе электродвигателя с возможностью йеремещения вдоль него и фиксации и снабженный с обеих сторон г горизонтальными штырями, перпендикулярными оси электродвигателя, на поверхности платформы установлен передвижной лимб, а электродвигат ль соединен со стойкой посредством упругого элемента, выполненного в виде параллельного штыря коромысла, концы которого соединены вертикальными нитями с концами штырей, а центр коромысла соединен нитью с воротом (1). . Однако такой прибор не имеет отдельного привода для упорядочения вращения вокруг вертикальной оси, а вращается как подвес за счет процессии, возникающей в результате статической неуравновешенности гироскопической системы, Кроме того,. прибор не имеет второго привода, что не позволяет создавать вынужденного прецессионного движения и тем самым расширить математические демонстрационные возможности, Целью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем демонстрации векторных составляющих угловых скоростей и моментов сил.

Цель достигается тем, что учебный прибор по механике, содержащий основание с

Г-образной стойкой, установленной на ней подвес с приводом вращения вокруг вертикальной оси и гиромотор, установленный на подвесе посредством горизонтальных опор, дополнительно имеет средство для измерения величины гироскопического момента, состоящее.из силоизмерителя и потенциометра, установленных на подвесе и связанных с опорами гиромотора, регулятор скорости вращения гиромотора и подвеса и средство световой индикации направления векторов гироскопического момента и угловых скоростей, при этом подвес выполнен в виде жесткой рамы, связанной со стойкой и основанием посредством полуосей, а средство световой индикации состоит из двух групп ламп, одна из которых посредством упругого контактного переключателя связана с полуосями подвеса, а другая группа — с регулятором скорости вращения, 25

Положительный эффект достигается тем, что в предлагаемом приборе введены новые существенные признаки, силоизмеритель, потенциометр, регулятор скорости, средство световой индикации, На чертеже показан учебный прибор по механике.

Прибор содержит основание 1, ортогонально которому закреплена Г-образная стойка 2, на которой вертикально установлен электронагреватель 3 для вращения подвеса, выполненного в виде жесткой рамы 4, связанной со стойкой и основанием посредством вертикальных полуосей 5. В раме имеются горизонтальные опоры 6, на которых подвешен гиромотор 7, функционально связанный с потенциометром 8 и силоизмерителем 9 и устройство для регулирования скоростей вращения рамы и гиромотора (не показано), для этого в пустотелых полуосях 5 проходят провода, связанные с токосъемниками, показанными над рамой и под ней, закрепленными на этих полуосях в виде цилиндров из изоляционного материала, на которых закреплены по два кольца, с которых в первом случае щетками подается ток к гиромотору, а во втором щеткой снимается ток к вольтметру, протарированному в нм, К одной из полуосей гиромотора 7 жестко крепятся стрелка-рычаг потенциометра 8 и стрелка силоизмерителя 9, назначение которых показывать величину гироскопического момента м, в первом случае при выводе на прибор-вольтметр при вращении рамы гироскопа, во втором — при остановке рамы с помощью фиксаторов, перемещающихся стрелкой силоизмерителя 9 по направляющей шкалы, что дает возможность определить максимальную величину гироскопического момента (стрелка возвращается назад, а фиксатор остается), Гиромотор 7 с помощью рычага 10, соосного с валом гиромотора 7, воздействует на протарированную пружину 11, которая служит для определения численной величины гироскопического момента. Для указания направления векторов на раме 4 и стойке 2 установлены электролампочки, На чертеже около электродвигателя 7 под номером 12 обозначены лампочки (одна из них не показана) для указания направления вектора â1.

Одна из них направлена цоколем вниз, другая вверх. Эти лампочки связаны с переключателем реверсивного двигателя 3 и в процессе его работы зажигается одна из них. Для обозначения направления вектора в гироскопа гиромотора 7 по аналогичной схеме подключены электролампочки 12 (одна спереди гиромотора, другая сзади) пере1767513 ключателя гиромотора, что дает возможность одной и них включаться, указывая направление вектора. Для обозначения направления вектора гироскопического момента на раме 4 укреплены две электролампочки 12 (одна из них не показана). При повороте гиромотора 7 под действием гироскопических сил с помощью упругого контактного переключателя, представляющегс собой упругие пластины, дь, из которых укреплены на раме 4 и одна между ними на полуоси 5, включается одна из лампочек. Источник питания этих лампочек находится на раме 4.

Прибор работает следующим образом, При одновременном включении электродвигателя 3 и гиромотора 7 возникает гироскопический момент, который по правилу

Н,Е. Жуковского стремится кратчайшим путем совместить ось гиромотора с осью процессии рамы 4(вертикальная ось симметрии рамы 4). Но этому препятствует протарированная винтовая пружина 11, позволяющая визуально определить величину гироскопического момента с помощью силоизмерителя 9 при остановке рамы 4 или при ее вращении с помощью потенциометра 8, электрически связанного с углом поворота гиромотора, Используя устройство для регулирования скоростей вращения рамы 4 и гиромотора 7, регулируем величину и направление угловых скоростей вращения их валов и тем самым величину гироскопического момента, т. е. прибор позволяет получить наперед заданную величину гироскопического момента, и тем самым производить операции над векторами.

Учебный прибор по механике позволяет демонстрировать общность законов природы, в частности, векторной алгебры и теоретической механики, Так из векторной алгебры известно, что произведение двух векторов есть третий вектор, перпендикулярный первым двум, Направлен третий вектор в ту сторону, откуда кратчайшее совмещение первого вектора со вторым видно происходящим против хода часовой стрелки.

Все это демонстрируется и проверяется на формуле

5 где Mr — гироскопический момент; — момент инерции гироскопа;

10 в, mz — угловые скорости гироскопа и рамы.

Студент может убедиться, -что правила векторной алгебры и теоретической механики совпадают. Этому помогут и светящиеся

15 соответствующие лампочки и показания--=шкальных устройств, сила измерителя и потенциометра, Формула изобретения

20 Учебный прибор по механике, содержащий основание с Г-образной стойкой, установленной на ней подвес с приводом вращения вокруг вертикальной оси и гиромотор, установленный на подвесе посредст25 вом горизонтальных опор, с возможностью поворота в вертикальной плоскости относительно опор, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем демонстрации векторных со30 ставляющих угловых скоростей и моментов сил, он имеет средство для измерения величины гироскопического момента, состоящее из силоизмерителя и потенциометра, установленных на подвесе и связанных с опора35 ми гиромотора, регулятор скорости вращения.гиромотора и подвеса и средство световой ичдикации направления векторов гироскопического момента и угловых скоростей, при этом подвес выполнен в виде же40 сткой рамы, связанной со стойкой и основанием посредством полуосей, а средство световой индикации состоит из двух групп ламп, одна из которых посредством упругого контактного переключателя связа45 на с полуосями подвеса, а другая группа — с регулятором скОрости вращения, 1767513

3 г г, Г

1 г

45

Составитель Е.Утишев

Техред М.Моргентал

Редактор Л.Волкова

Корректор М,Максимишинец

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 3549 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5