Прибор для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра тяжести жесткой системы тел

. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМПРИ ННТ СССР(71) Днепропетровский государственный университет им. 300-летия воссоединения Украины с Россией(54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ УСТОЙЧИВОСТИ РАВНОВЕСИЯ И ПОЛОЖЕНИЯ ЦЕНТРА ТЯЖЕСТИ ЖЕСТКОЙ СИСТЕМЫ ТЕЛ(57) Изобретение относится к техническим средствам обучения, являетсянаглядным пособием по механике, предназначено для демонстрации устойчивости равновесия и положения центра тяжести системы тел и может быть использовано в учебном процессе с целью улучшения наглядности и расширения демонстрационных возможностейприбора путем иллюстрации различныхформ равновесия жесткой системы иположения при этом центра тяжести.Тела в виде дисков установлены на пря-.молинейных планках, соединенных поконцам с возможностью поворота и об,разующих ломаную, форму которой можно изменять, Опорная площадка основания имеет выпуклую, вогнутую нлиплоскую части, с которыми контактирует система тел при помощи ролика.)Прибор имеет средство для демонстрации положения центра тяжести, состоящее из делителей в вще стержней,растяжнмых в продольном и жесткихв поперечном направлениях, концы которых шарнирно соединены с осями тел. дисков нли с серединами других стержней, 1 ил,4Изобретение относится к техническим средствам обучения и является наглядным пособием по механике, преднназначено Для демонстрации устоичивости равновесия и положения центратяжести жесткой системы тел, можетбыть использовано в учебном процессена лекциях и практических занятияхпо механике и теории механизмов имашин,Цель изобретения - улучшение наглядности, демонстрации различныхформ равновесия и положения центратяжести. 15На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство,К основанию 1 прибора, снабженному установочными винтами, прикреплена Г-образная стойка 2 с опорной площадкой на верхнем конце, цилиндрическая поверхность с горизонтальнойобразующей которой имеет выпуклую,вогнутую и плоскую части, На площадке устанавливается плоская система 25тел видоизменяемой формы, состоящаяиз нескольких (в данном случае дляпростоты - из четырех) скрепленныхмежду собой планок 3-6 и оснащеннаясредством для указания положения центра тяжести. Для простоты и удобства(возможны варианты)планки однородны,равного веса и длины, На. опорном конце планки 3 установлен опорный ролик7, Посередине ,каждой планки укреплена шпилька 8 для навешивания телав виде диска 9 и присоецинения средства для указания положения центратяжести, состоящего из делителей10-12 и указателя 13 положения центра тяжести системы тел. Одинаковыемежду собой делители 10 и 11 своимиконцами шарнирно присоединены к шпиль.кам 8 планок 3 и 4, 5 и 6 соответственно. Делитель 12 своими концами 45присоединен к узлам, расположеннымпосередине делителей 10 и 11, К,узлупо середине делителя 12 прикрепленуказатель 13 положения центра тяжести тела. Делители имеют свойства де 50Формируемости в продольном и жесткости в поперечном направлениях, Этисвойства достигаются тем, что делители составлены из попарно соединенных между собой шарнирно по концам55или посередине звеньев одинаковой-длины (крайние звенья имеют длину вдва раза меньшую и соединены толькопо вдовцам) с нечетным числом шарниров(узлов), Средний узел каждого делителя делит расстояние между его краййими узлами пополам, Болты 14 снабжены шайбами 15 в виде разреэных упругих колец и прижимными фасонными .гайками-барашками 16 и обеспечиваютпосле завинчивания взаимно неподвижность планок, Тела 9 одинакового между собой веса, навинчиваемые на шпильки 8, изменяют вес системы. Положениецентра тяжести системы при этом остается неизменным, Наличие продольныхпазов 17 на концах планок 3-6, а также скрепление ппанок между собой припомощи болтов с затяжными гайкамибарашками с возможностью поворотапланок одна относительно другой позволяет видоизменять форму системытел и обеспечивает неизменяемостьприданной ей Формы.Подготовка прибора к работе сводится к сборке планок с телами, образующих систему, присоединении к нейсредства указывающего положениецентра тяжести, и установке системытел роликом на опорную площадку,Действие прибора, иллюстрирующего виды равновесия системы тел (устойчивый, неустойчивый и безразличный), осуществляется следующим обра-.зом,При демонстрации устойчивого равновесия систему тел устанавливают ввертикальной плоскости опорным роликом 7 на вогнутую часть поверхностиопорной площадки стойки 2 таким образом, чтобы ось ролика была параллельной образующей поверхности, а указатель 13 положения центра тяжести находился ниже опорной площадки стойки2, и приводят систему в состояниеравновесия. Придав системе тел малоеначальное отклонение от равновесногоположения и толчком сообщив точкамсистемы малые начальные скорости,представляют систему действию силытяжести, Она совершает колебания вограниченной области, близкой положению равновесия. Следовательно, равновесие устойчивое, так как в равновесном положении центр тяжести занимает наиниэшее из возможных смежныхположений - на вертикали, опущеннойиэ точки опоры системы.При демонстрации неустойчивого равновесия систему тел устанавливают опорным роликом 7 на вершине выпуклой части поверхности опорной площадещфЮ Ф МЗаказ 2328 Тираж 389 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,01 ки и приводят в состояние равновесия,что всегда возможно. Придав точкамсистемы малые отклонения от положенияравновесия и сообщив им малые начальные скорости, наблюдают дальнейшееотклонение системы от положения равновесия (скатывание ролика с вершиныи опускание центра тяжести). Следовательно, равновесие неустойчивое,так как в положении равновесия центртяжести не занимает наинизшего из возможных смежных положения.Демонстрация безразличного равновесия осуществляется установкой системы тел опорным роликом 7 на плоскую горизонтальную часть опорной поверхности стойки 2, Система остается в равновесии в любом положении ролика на этой части поверхности. Присоединяя к системе навинчиванием на шпильки 8 четырех дополнительных одинакового веса дисков 9, изменяют конструкцию и вес системы, не изме- няя при этом положения центра тяжести. Повторяя демонстрацию различных видов равновесия, убеждаемся в независимости характера равновесия тела от веса и вида конструкции при сохранении положения центра тяжести.Таким образом, при помощи предлагаемого прибора возможно наглядно демонстрировать устойчивое, неустойчивое и безразличное равновесие тяжелой системы тел. 5820 6 Формула изобретенияПрибор для демонстрации устойчивости равновесия и положения центратяжести жесткой системы тел, содержащий основание с опорной площадкой,тела и средство для связи тел в жесткую систему, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью улучшения наглядности, демонстрации различных Форм равновесия и положения центра тяжести,Фн содержит опорный ролик и средство для демонстрации положения, центратяжести, опорная площадка имеет вьптуклую, вогнутую и плоскую части, средство для связи тел в жескую системувыполнено в виде прямолинейных планок, соединенных по концам с возмож 20 ностью относительного поворота и образующих ломаную, тела выполнены ввиде дисков, связанных разъемным соединением по осям с серединами планок,опорный ролик соединен с одной из пла 25 нок, а средство для демонстрации положения центра тяжести включает делители в виде стержней, растяжимыхв продольном и жестких в поперечномнаправлениях, концы которых выполне 3 О, ны с возможностью разъемного шарнирного соединения с осями дисков и между собой, при этом один из стержнейсодержит указатель положения центратяжести,