Учебный прибор по физике

.8)ое св2 бб 787б, 197 идетельст 3/28-12, 8. Е лятш иэ гмы,ПО ФИЗИКые напратор параместоящий, диафрлич ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54)(57) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР содержащий горизонталън ющие, каретку и регистр ров движения каретки, с источника светового луч отражателя и экрана, о щ и й с я тем, что, с целью повышения точности регистрации параметровдвижения, он,имеет вертикально установленную между направляющими опорнуюпластину и образукщие магнитную подушку магниты, расположенные на направляющих и каретке, последняя установлена на верхнем ребре пластины,а ее ходовые элементы расположены пообе стороны пластины, .при этом диаФрагма выполнена в виде установленного .с возможностью вращения диска сотверстиями, а отражатель закрепленна каретке под углом 45 к оптичесокой оси источника луча,Изобретение относится к учебнымприборам по физике для демонстрацииопытов по кинематике и динамике иМожет быть использовано в общеобразовательных и других учебных заведениях.Известен учебный прибор по физике,содержащий горизонтальные направляющие, каретку и регистратор параметров движения каретки, состоящий изисточника светового луча, диафраг-мы, отражателя и экрана 1). . 10Однако данный прибор не позволяетпроводить эксперименты с высокойстепенью точности вследствие того,что устройство для регистрации результатов выполнено контактным, в котором на точность результатов проводимых опытов накладывается погрешностьот сил трения, возникающих при непрерывном взаимодействии пишущегоэлемента с цилиндром-экраном. 20Кроме того, между колесами тележки и направляющими, в шарнирах колес,также возникают силы трения, которыевносят дополнительную погрешность врезультаты опытов. 25Цель изобретения - повышеиие точности регистрации параметров движения.Поставленная цель достигается тем,что учебный прибор по физике, содержащий горизонтальные направляющие каретку и регистратор параметров движения каретки, состоящий из источникасветового луча, диафрагмы, отражателяи экрана, имеет также вертикально ус-З 5тановленную между. направляющими. опорную пластину и образующие магнитнуюподушку магниты, расположенные нанаправляющих и каретке, последняяустановлена на верхнем ребре пластины, а ее ходовые элементы расположены по обе стороны пластины, при этом.диафрагма выполнена в виде установленного с возможностью Вращения диска с отверстиями, а отражатель закреплен на каретке под углом 45 к 45оптической оси источника луча,Для ограничения перемещения каретки, а также для придания ей скоростив Начале и.конце направляющих 1 и .2,установленных на вертикальной опорной пластине, имеются пружинные .кольца 21, а для синхронизации началадвижения каретки со световым импульсом прибор снабжен стопором,.Прибор работает следующим образом.Для демонстрации равномерного прямолинейного движения направляющие 1и 2 устанавливают горизонтально. Движение каретке сообщается за счет упругости пружинного кольца 21, от степени деформации которого зависит величина скорости. Одновременно включается источник 12 луча света и привод 17 вращающегося диска 13. Привращении диска 13 через равные промежутки Времени источник 12 лучасвета оставляет на экране 15 метки,совокупность которых позволяет сфор-.мулировать определение равномерногопрямолийейного движения,Расстояние между метками записиопределяется путями, пройденными кареткой за время между импульсами, на. На фиг. 1 изображен прибор, общий вид, (вид сверху); на фиг. 2 " разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - вид по стрелке Б на фиг. 1.Прибор по физике содержит направляющие 1 и 2, которые имеют в поперечном сечении одинаковый угловой профиль. Направляющие 1 и 2 прикреплены к стойкам универсального штатива 3 при помощи стержней 4, Между направляющими 1 и 2 вертикально установлена пластина 5На верхнем ребре пластины 5 установлена каретка, состоящая иэдвух частей 6 и 7, не сущих ходовые элементы в виде роликов 8. Ходовые элементы 8 расположены по обе стороны 9 и 10 пластины 5, при этом оси вращения роликов 8 параллельны сторонам 9 и 10. Яасти Д,и ь и 7 каретки соединены между собоипри помощи прокладок 11.Регистратор параметров движениякаретки состоит из источника 12 светового луча, диаФрагмы, выполненнойв виде вращающегося диска 13, отражателя 14, и светочувствительного экрана 15. Оптическая ось источника 12луча света параллельна направлениюдвижения каретки,.отражатель 14 ввиде зеркала установлен под углом 4к оптической оси источника луча иснабжен короткофокусной линзой 16для фокусировки источника луча света,диск 13 выполнен из непрозрачногоматериала и приводится во вращение спомощью известных средств, напримерэлектродвигателя Уоррена 17 со скоростью вращения один оборот в секунду.На диске 13 выполнено одно илинесколько отверстий 18, расположенныхс воэможностью пересечения оптическойоси источника 12 луча света, Дискустановлен между источником 12 светового луча и огражателем 14, а плоскость диска расположена по нормали купомянутой оптической оси.В качестве светочувствительногоэкрана 15 может быть принята смоченная в проявителе фотобумага,Для снижения трения между кареткойи направляющими 1 и 2 последние снабжены опозитно расположенными постоянными магнитами 19 и 20, например, ввиде полосок магнитной резины, полюса которых установлены таким образом,чтобы между ними создать .магнитноеполе, обеспечивающее бесконтактноеперемещение каретки по направляющим1 и 2.молях Коррект шко 88ственного комитета бретений и открытий 35, Раушская наб.,писное 4 фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная лиал пример эа 1 с. Если скорость вращения двигателя 1,7 один оборот в секунду, то на диске 13 открыто рдно отверстие. Для демонстрации движения с ускорением направляющие 1 и 2 устанавливают с небольшим уклоном и каретка скаты, вается с.;их верхнего конца, фиксируя на экране, 15 свое положение.Например, при этом же значении периода эапйси - 1 с, ускорение может быть вычислено по формуле а = 28, где 8 - расстояние между метками.Предлагаемый прибор обеспечивает демонстрацйю и других законов динамикии кинематики, например второго закона Ньютона, гдеопыт начинается с 15 измерения силы, действующей на"пустую каретку. При этом угол наклона подбирается таким, чтобы диаметр показы.вал 0,2 Н. Затем определяется ускорение каретки под действием данной 20 силы. Для этого записывается ее движение с использованием синхронизатора пуска и периодом записи 1 с. Численное значение ускорения будет равно удвоенному расстоянию до первой 25 метки. Далее на каретке укрепляют дополнительный груз (брусок). Изменяя угол наклона прибора, следует добитьЗаказ 3222/48 Тираж ВНИИПИ Госуд по делам н 113035, Мосжва, ся действия на каретку такой же по модулю силы, как и в первом случае. Затем определяется значение ее ускорения.Опыт показывает, что модули ускорений обратно .пропорциональны массама йтел -д- = - - Следовательно, й а1 аг 1 Ш 1ф .у Л = щ,2 а , Величина юа одинакова для обоих ускоряемых тел при действии на них одинаковой силы. Эта величина и является мерой действия силы Р=аа. При демонстрации опытов, когда в качестве светочувствительного экрана выбрана фотобумага, смоченная в проявителе. следует во время записи результатов включать в помещении красный свет. Метки на фотобумаге появляются через 4-6 с в зависимости от свежести проявителя.Если запись следует сохранить, то фотобумагу помещают в непрозрачный бачок с закрепителем при красном свете, а затем включают обычный свет.Предлагаемый прибор прост в изготовлении, удобен в эксплуатации и позволяет обеспечить высокую точность проводимых опытов.