Учебный прибор по физике

(я)5 6 09 В 23/ ЗОБРЕТЕН ЬСТВУ ИСА фер- утрь ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИ(54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИК(57) Сущность изобретения: ведомьромагнитные элементы помещают Изобретение относится к учебным пособиям по физике.Известен способдемонстрации отталкивания магнитов, имеющих одинаковую полярность, и устройство, реализующее данный способ, На данном способе основаны, подшипники, имеющие бесконтактные пассивные опоры вращения, выполненные на постоянных магнитах, обращенных друг к другу одноименными полюсами у подвижной и неподвижной частей опор. На этом же способе реализовано устройство для демонстрации и изучения эффекта воздействия: момента инерции.Недостатком данного способа и реализующих его устройств является то, что они не позволяют продемонстрировать в динамике взаимодействия подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь постоянного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом.Известен способ демонстрации магнитных сил, заключающийся в том, что над постоянными магнитами статора помещают постоянные магниты ротора, расположенные одноименными полюсами один напроферромагнитного кругового кольца с продольным намагничиванием и создают вращающееся магнитное поле путем вращения кругового кольца в его плоскости, чем моделируют удержание ведомых элементов в плоскости вращения внутри кольца на своих траекториях или в центре кольца эа счет соотношения сил .тяжести, притяжения, центробежных и возникающих сил Лоренца. 1 ил. тив другого, между которыми расположен неподвижный магнитный экран, экранирующий только часть каждого магнита статора от каждого магнита ротора так, что притяжение роторных магнитов к. экрану и отталкивание их от статорных магнитов вызывает:, й. вращение ротора, и устройство, реализующее данный способ, содержащее ротор, установленный на оси, к которому прикреплены й роторные магниты для совместного с ним вращения и статор со стационарными возбуж-, р дающими магнитами, причем одноименные полюса роторного магнита и возбуждающего магнита расположен один напротив другого, так что между магнитами устанав- ф ливается воздушный зазор, в котором уста- СФЭ новлен неподвижный магнитный экран, выполненный из материала с высокой магнитной проницаемостью и экранирующий а только часть возбуждающих магнитов статора от роторных магнитов,При работе устройства происходит притягивание ротора к магнитному экрану и вращение его за счет взаимодействия магнитных сил и возбуждающих магнитов и установление динамического равновесия в направлении оси ротора благодаря отталкизующего его устройства является то, что он не позволяет продемонстрировать в дина мике взаимодействие подвижных тел, спо 10 20 40 45 50 55 вающим силам от одноименных полюсов ротора и статора, Недостатком данного способа и реалисобных к намагничиванию при помещении их внутрь постоянного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнуть 1 м магнито проводом."Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу и устройству является способ моделирования подвижных демонстрационных элементов, заключающийся в том, что путем вращения подвижного элемента, выполненного из магнитного материала, создают вращающееся магнитное поле и помещают в это поле ведомый ферромагнитный элемент, при этом на траектории их взаимодействия образуются участки с силой притяжения между демонстрационными элементами больше силы тяжести ведомого элемента и участки с обратным соотношением сил. Устройство, реализующееданный способ, содержит основание со стойкой, подвижный элемент, который выполнен из магнитного материала и укреплен на обойме с возможностью движения по заданной траектории, при этом обойма установлена на оси привода вращения, который укреплен на основании, и ведомый элемент, который выполнен из ферромагнитного материала и укреплен на нижнем конце нити с возможностью взаимодействия с подвижным элементом.Недостатком данного способа и устройства является то, что они не позволяют продемонстрировать в дийамике взаимодействие подвижных тел, способных к намагничиванию при помещении их внутрь постоянного магнита, выполненного в форме кругового кольца с замкнутым магнитопроводом.Целью изобретения является повышение дидактических возможностей способа и устройства.Данная цель достигается тем, что в способе моделирования взаимодействия подвижных демонстрационных элементов, где путем вращения подвижного элемента, выполненного из магнитного материала, создают вращающееся магнитное поле и помещают в это поле ведомый ферромагнитный элемент с возможностью его взаимодействия с подвижным элементов, в нем . ведомые ферромагнитные элементы помещают внутрь ферромагнитного кругового кольца с продольным намагничиванием и создают вращающееся магнитное поле путем вращения кругового кольца в плоскости кольца, чем моделируют устойчивое удержание ведомых элементов в плоскости вращения внутри кольца на своих траекториях илив центре кольца за счет соотношения силтяжести, сил притяжения, центробежныхсил и возникающих сил Лоренца.Данная цель достигается тем, что в устройстве с подвикными демонстрационными элементами, реализующим данныйспособ, содержащем основание со стойкой,подвижный элемент, который выполнен измагнитного материала и укреплен на обойме, связанной с осью привода вращения,который установлен на основании, и ведо 5 мый элемент, который выполнен из ферромагнитного материала и установлен свозможностью взаимодействия с подвижным элементом, в нем последний выполненв виде замкнутого постоянного магнита вформе кругового кольца с продольным намагничиванием, а ведомый элемент свободно помещен внутри кольца.На чертеже показан общий вид устройства с подвижными демонстрационными5 элементами, разрез,Устройство содержит основание 1, стойку 2, укрепленную на ней втулку 3, внутрикоторой смонтировано два шарикоподшипника 4 и установлена ось 5, На веРхнем0 конце оси 5 жестко укреплена обойма 6 изнемагнитного материала, внутри которойустановлен подвижный элемечт, выполненный в виде замкнутого постоянного магнита7 в форме кругового кольца с продольным5 намагничиванием. Нижний конец оси 5 связан через муфту 8 с электроприводом 9 вращения обоймы 6 с постоянным магнитом 7.Ведомые элементы 10 могут быть выполнены целиком иэ ферромагнитного материалаили из легкого немагнитного материала с наружным слоем из ферромагнитного материала или слоем в виде замкнутого пояса.Электродвигатель 9 вставлен в цилиндрическую часть фланца 11, жестко укрепленногона основании 1, и закреплен в ней винтом12, затягивающим пружинящий хомутик.Устройство работает следующим образом,Внутрь постоянного магнита 7 в формекругового кольца помещают ведомый (ведомые) элемент 10, который притягивается квнутренней стенке магнита 7 и одновременно незначительно провисает под действиемсилы тяжести, Затем включают электродвигатель 9,В начале демонстрации при разгонеэлектродвигателя 9 и постоянного магнита7 с ведомым элементом 10, последний засчет центробежных сил при наличии магнитных сил притяжения дополнительно прижи1781693 Составитель М.ОстриковТехред М.Моргентал Коррек ал едактор акаэ 4275 . Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открыт 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5при ГКНТ СССР Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород; ул.Гагарин мается к внутренней стенке кольцевого магнита 7. При увеличении скорости вращения магнита 7 возникают силы Лоренца, которые противодействуют перечисленным выше силам и по мере их преодоления ведомый (ведомые) элемент отрывается от внутренней стенки кольцевого магнита 7 и занимает круговую орбиту или устанавливается в центре кольца 7,Затем демонстрируется устойчивое нахождение ведомого элемента в центре магнита 7 или устойчивое круговое движение ведомых элементов по различным круговым орбитам с одновременным вращением их вокруг своих осей. При этом ведомые элементы 10 с меньшими плотностями выходятна центр или на свои орбиты при меньших угловых скоростях вращения.ОЖидается положительный качественный эффект при изучении соответствующего раздела физики и экономический эффект от лучшего усвоения демонстрируемого явления.Данный способ и устройство, реализующее его, могут быть использованы также в 5 научно-исследовательских физических институтах,Ф о р мул а изобретения Учебный прибор по физике, содержащий выполненный из магнитного материала 10 подвижный элемент, установленный в обойме, связанной с приводом вращательного движения, и ведомый элемент, выполненный иэ ферромагнитного материала, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения 15 наглядности демонстрации свойств магнитного и электрического полей; подвижный элемент выполнен в виде замкнутого постоянного магнита в форме кругового кольца с продольным намагничиванием, а ведомый 20 элемент свободно расположен внутри этогокольца.