Устройство моделирования минимальной поверхности

Изобретение относится к демонстрационным устройствам для проведения практикумов по физике и математике в высших и средних учебных заведениях. Каждый корпус из линейки корпусов имеет форму параллелепипеда с верхними крышками. Корпуса разделены на несколько секций подвижными перегородками, размещенными с возможностью движения в вертикальных пазах, выполненных в боковых стенках корпусов. Крайние перегородки образуют подвижные торцевые стенки корпусов. В подвижных перегородках вертикально выполнены пазы меньшего размера для гибких нерастяжимых лент. Все стенки корпусов выполнены прозрачными. В стенках всех соседствующих секций выполнены согласовано вентильные отверстия, допускающие переток жидкости в ортогональных направлениях. Два идентичных устройства расположены друг над другом, их секции выполнены квадратными. Ленты верхнего и нижнего устройств расположены ортогонально. Между лентами вертикально установлены штанги одинакового размера, проходящие через отверстия в верхней крышке нижнего устройства и в нижней крышке верхнего устройства. В отверстиях секций верхней крышки верхнего устройства установлены вертикально вторые штанги. Первые и вторые штанги образуют общие составные вертикальные штанги. Техническим результатом изобретения является моделирование минимальных поверхностей. 1 ил.

 

Устройство моделирования минимальной поверхности

Изобретение относится к области механики и может быть использовано для проведения практикумов по физике и математике в высших и средних учебных заведениях для изучения геометрических форм математических и физических решений изопериметрических задач.

Известно устройство моделирования полидуги [1], предназначенное для представления последовательности гладко сопряженных, то есть,имеющих в точках соединения общие касательные, для соседних дуг окружностей, возможно разных радиусов, состоящее из корпуса в форме полого параллелепипеда, с прозрачной верхней крышкой, отличающееся тем, что корпус разделен на секции подвижными перегородками, движущимися в вертикальных пазах, расположенных симметрично в противоположных боковых стенках корпуса, в торцевой стенке и в подвижных перегородках, также вертикально расположены по одному пазу меньшего размера для гибкой только в поперечном направлении ленты, закрепленной изнутри ко второй торцевой стенке. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей этого устройства за счет моделирования минимальных поверхностей.

Технический результат, который невозможно достичь ни одним из известных аналогичных технических решений заключается в моделировании минимальной поверхности. Причина трудности аналитического моделирования минимальных поверхностей заключается в вычислительно сложной вариационной задаче со многими переменными, не имеющей на настоящий момент эффективного алгоритма решения.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном устройстве моделирования минимальной поверхности, содержащем линейку корпусов, каждый из которых имеет форму параллелепипеда, с верхними крышками, разделенных на несколько секций подвижными перегородками, размещенными с возможностью движения в вертикальных пазах, выполненных в боковых стенках корпусов, при этом крайние перегородки образуют подвижные торцевые стенки корпусов, в подвижных перегородках вертикально выполнены пазы меньшего размера для гибких нерастяжимых лент, все стенки корпусов выполнены прозрачными, а в стенках всех соседствующих секций выполнены согласовано вентильные отверстия, допускающие перетекание жидкости в ортогональных направлениях, согласно изобретению, два идентичных устройства расположены друг над другом, секции выполнены квадратными, при этом ленты верхнего и нижнего устройств расположены ортогонально, между ними вертикально установлены штанги одинакового размера, проходящие через отверстия в верхней крышке нижнего устройства и в нижней крышке верхнего устройства обеих плоскостей квадратных секций, касаясь соответствующих лент обоих устройств, при этом в верхней крышке верхнего устройства в отверстиях секций установлены вертикально вторые штанги, касающиеся лент верхнего устройства, причем первые и вторые штанги образуют общие составные вертикальные штанги.

На фиг.1 представлена общая конструктивная схема устройства.

Устройство состоит из пары одинаковых устройств из линейки корпусов 1m каждый в форме параллелепипеда, с верхними крышками 2m, разделенных на несколько квадратных секций 3m.n подвижными перегородками 4m.n+1, движущимися в вертикальных пазах 5m.n, выполненных в боковых стенках корпусов, крайние перегородки образуют подвижные торцевые стенки 6m и 7m корпусов. В подвижных перегородках 4m.n+1, также вертикально выполнены пазы меньшего размера 8m.n+1 для гибких нерастяжимых лент 9m, в совокупности принимающих целевую форму поверхности. Все стенки корпусов, выполнены прозрачными, а в стенках всех соседствующих секций 3m.n выполнены согласовано вентильные отверстия 102m.2n , допускающие перетекание жидкости в ортогональных направлениях. Два идентичных устройства располагаются друг над другом, при этом ленты верхнего и нижнего устройств расположены ортогонально. Между ними устанавливаются вертикально штанги 11m.n одинакового размера, проходящие через отверстия в верхней крышке нижнего устройства и в нижней крышке верхнего устройства обоих плоскостей квадратных секций, касаясь соответственных лент обоих устройств. Из верхней крышки верхнего устройства из отверстий в секциях устанавливаются вертикально штанги 12m.n, касающиеся лент 9m верхнего устройства, при этом штанги 11m.n и 12m.n образуют общие составные вертикальные штанги.

Устройство работает следующим образом. В каждое из устройств, расположенных ортогонально друг другу, в емкости каждой секции 3m.n+1, разделенной лентой 9m, дополна заливается вязкая несжимаемая жидкость, например глицерин, в одинаковой пропорции для соответствующих секций 3m.n+1 нижнего и верхних устройств. Затем ленты 9m одного из устройств разнонаправлено с усилием вытягиваются из корпусов 1m до останова, при этом вентили 102m.2n открываются для секций 2m.*, обеспечивая несмешиваемое перетекание жидкости в секциях под лентой 9m и над лентой 9m, и закрываются для стенок секций 3*.m+1 между соседними лентами 9m, при этом для второго устройства вентили 102m.2n открываются для обеспечения перетекания жидкости вдоль ряда секций 3*.n+1 пересекающих ленты 9m и закрываются для секций 3m.* вдоль лент 9m. После завершения процесса распределение жидкостей внутри устройств оказывается одинаковым. Далее вытягиваются ленты 9 m из другого устройства, обеспечивая открытие и закрытие вентилей 102m.2n для обоих устройств аналогично предыдущему процессу. Многократно повторяя эти действия, чередуя растяжения лент 9m, установившееся положение формирует минимальную поверхность, наблюдаемую по положению вершин штанг 12m в верхнем устройстве. Разнообразие минимальных поверхностей обеспечивается различной фиксацией расположения торцевых подвижных перегородок. Новизна предлагаемого изобретения обусловлена оригинальностью использования полидуг для формирования сечений масштабируемых моделей рельефа, в научно-исследовательских работах Института вычислительной математики и математической геофизики СО РАН [2].

Источники информации

1. Ким П.А. УСТРОЙСТВО МОДЕЛИРОВАНИЯ ПОЛИДУГИ. Патент RU 2461891 C2. Опубл. 20.09.2012, бюлл. N 26.

2. Ким П.А. Полидуга как элемент конструирования профилей масштабируемой модели рельефа. Тр. Межд. научн. конгр. "ГЕО-Сибирь-2007", Новосибирск, Россия, т.3 , с.188-192. 5 стр.

Устройство моделирования минимальной поверхности, содержащее линейку корпусов, каждый из которых имеет форму параллелепипеда, с верхними крышками, разделенных на несколько секций подвижными перегородками, размещенными с возможностью движения в вертикальных пазах, выполненных в боковых стенках корпусов, при этом крайние перегородки образуют подвижные торцевые стенки корпусов, в подвижных перегородках вертикально выполнены пазы меньшего размера для гибких нерастяжимых лент, все стенки корпусов выполнены прозрачными, а в стенках всех соседствующих секций выполнены согласовано вентильные отверстия, допускающие перетекание жидкости в ортогональных направлениях, отличающееся тем, что два идентичных устройства расположены друг над другом, секции выполнены квадратными, при этом ленты верхнего и нижнего устройств расположены ортогонально, между ними вертикально установлены штанги одинакового размера, проходящие через отверстия в верхней крышке нижнего устройства и в нижней крышке верхнего устройства обеих плоскостей квадратных секций, касаясь соответствующих лент обоих устройств, при этом в верхней крышке верхнего устройства в отверстиях секций установлены вертикально вторые штанги, касающиеся лент верхнего устройства, причем первые и вторые штанги образуют общие составные вертикальные штанги.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к наглядным пособиям для демонстрации гироскопических свойств и, в частности, на занятиях по физике, теоретической механике. Демонстрационный волчок содержит колоколообразное тело 1, заостренный стержень 2, выполненный с возможностью упора в подпятник 7.

Изобретение относится к конструкции прибора для изучения законов механики. .

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике. .

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике. .

Изобретение относится к наглядным пособиям и может быть использовано для демонстрации гироскопических явлений. .

Изобретение относится к учебному пособию, которое может быть использовано для демонстрации законов механики преимущественно при выполнении экспериментальных заданий, включенных в контрольные измерительные материалы, используемые при Государственной итоговой аттестации по физике выпускников основной школы, а также для подготовки к аттестации.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в качестве экспериментального оборудования в научных лабораториях агропромышленного комплекса.

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике. .

Изобретение относится к исследовательским моделям в области измерения дозовых нагрузок на критические органы человека в условиях космических полетов и касается полиуретановой модели тканеэквивалентного органа.

Изобретение относится к способам исследований объектов космического базирования, в частности к способам имитации невесомости. .

Электронный имитатор механического стрелочного манометра предназначен для использования в обучающих тренажерах, где необходимо визуально имитировать механические стрелочные манометры, управляемые внешним подаваемым напряжением UBX. Предлагаемое устройство содержит компаратор 1, блок формирования компенсирующего напряжения, включающий мотор-редуктор 2 и переменный резистор 3, механически жестко сопряженные между собой и со стрелкой индикатора 4. Все блоки размещены внутри корпуса механического стрелочного манометра, шкала и стрелка которого используются в качестве индикатора. 1 ил.

Изобретение относится к учебным приборам и может быть использовано в лабораторном практикуме по курсу физики. На противоположных сторонах подвижной муфты первыми концами шарнирно соединены две тяги. Концы двух подвижных стержней с грузами шарнирно соединены с концами горизонтального стержня. Середины подвижных стержней с грузами шарнирно соединены со вторыми концами тяг. Отрицательная клемма источника постоянного тока через тумблер соединена с отрицательной клеммой электродвигателя. Общий контакт первой платы переключателя соединен с положительной клеммой электродвигателя. Подвижные контакты первой платы соединены с первыми выводами соответствующих резисторов первой группы N резисторов. Общий контакт второй платы соединен с положительной клеммой источника постоянного тока. Подвижные контакты второй платы соединены с первыми выводами соответствующих резисторов второй группы N резисторов. На одном из концов горизонтального стержня установлена контактная пара. На первом конце подвижного стержня с грузом напротив контактной пары установлен размыкающий стержень. На валу установки неподвижно закреплены два токоприемника. Подвижные контактные кольца токоприемников соединены с контактной парой. Шарообразная рукоятка подвижно соединена с трубкой, неподвижно закрепленной на подвижной муфте. Технический результат изобретения заключается в расширении области исследований. 4 ил.

Изобретение относится к демонстрационным приборам по физике. Стеклянная трубка с изменяющемся сечением и прогнутой вверх узкой частью заполнена подкрашенным раствором медного купороса и через медные контакты подключена к сети напряжением 220В. По закону Джоуля в дифференциальной форме максимальное нагревание раствора будет происходить в узкой части трубки, где при закипании раствора возникает пузырек пара, хорошо видимый на фоне белого экрана. Техническим результатом изобретения является повышение демонстрационных возможностей. 1 ил.

Изобретение относится к учебным наглядным пособиям и к научным приборам, предназначенным для визуализации пространственного строения углеродных нанотрубок и наноконусов. Устройство для моделирования углеродных нанотрубок и наноконусов, содержит прозрачную пластину и элементы, имитирующие атомы углерода. Согласно изобретению указанная прозрачная пластина изготовлена из гибкого материала с возможностью свертывания ее в трубку или конус, а элементами, имитирующими атомы углерода, являются выполненные в указанной пластине круглые отверстия одинакового диаметра, причем указанные отверстия образуют множество параллельных рядов, сгруппированных в пары таким образом, что в каждой паре рядов центры любых двух соседних отверстий одного ряда и ближайших к ним отверстий другого ряда находятся в вершинах прямоугольника, диагональ последнего в два раза превышает расстояние между центрами ближайших друг к другу отверстий разных рядов одной и той же пары, а центры отверстий соседних друг с другом рядов разных пар находятся на прямых, расстояние между которыми равно четверти длины упомянутой диагонали, центры отверстий любого ряда расположены относительно центров отверстий ближайшего к нему ряда соседней пары со сдвигом вдоль линии ряда на расстояние, равное половине расстояния между центрами соседних отверстий одного и того же ряда, кроме того, указанное устройство снабжено, по меньшей мере, двумя съемными фиксаторами для сохранения формы поверхности, которая образуется при свертывании указанной пластины в трубку или конус с наложением друг на друга разных частей этой пластины до достижения совмещения указанных круглых отверстий, расположенных в этих налагаемых друг на друга разных частях указанной пластины и получения периодического двумерного рисунка, образуемого совмещенными отверстиями на цилиндрической или конической поверхности, при этом, по меньшей мере, один из указанных съемных фиксаторов содержит элемент для введения в два из указанных совпавших отверстий пластины с образованием оси для обеспечения возможности взаимной прокрутки вокруг нее совмещенных частей указанной пластины после установки этого съемного фиксатора и до установки следующего. Достигаемый технический результат заключается в обеспечении большей простоты изготовления и использования устройства, а также в обеспечении его универсальности при моделировании как углеродных нанотрубок, так и углеродных наноконусов, и легкой трансформируемости при изменении параметров моделируемых углеродных наноструктур. 14 з.п. ф-лы, 21 ил.

Изобретение относится к демонстрационным устройствам для проведения практикумов по физике и математике в высших и средних учебных заведениях. Каждый корпус из линейки корпусов имеет форму параллелепипеда с верхними крышками. Корпуса разделены на несколько секций подвижными перегородками, размещенными с возможностью движения в вертикальных пазах, выполненных в боковых стенках корпусов. Крайние перегородки образуют подвижные торцевые стенки корпусов. В подвижных перегородках вертикально выполнены пазы меньшего размера для гибких нерастяжимых лент. Все стенки корпусов выполнены прозрачными. В стенках всех соседствующих секций выполнены согласовано вентильные отверстия, допускающие переток жидкости в ортогональных направлениях. Два идентичных устройства расположены друг над другом, их секции выполнены квадратными. Ленты верхнего и нижнего устройств расположены ортогонально. Между лентами вертикально установлены штанги одинакового размера, проходящие через отверстия в верхней крышке нижнего устройства и в нижней крышке верхнего устройства. В отверстиях секций верхней крышки верхнего устройства установлены вертикально вторые штанги. Первые и вторые штанги образуют общие составные вертикальные штанги. Техническим результатом изобретения является моделирование минимальных поверхностей. 1 ил.

Наверх