Устройство для демонстрации законов динамики

(56) 1. Авторское свидетельство СССРпозаявке В 3378237/28-12,кл. С 09 В 23/06, 06.01.82.(54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОЕСТРАЦИИЗАКОНОВ ДИНАМИКИ, содержащее две расположенные на газостатических направляющих каретки, на одной иэ которых установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а надругой - стойка для закрепления свободного конца нити и сменный груз,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что,целью повышения точности и удобствапроведения эксперимента, двигательвыполнен в виде пневмотурбины, имеющейрасположенный по ее оси перпендикулярно направляющим штуцер и коллекторную кольцевую полость, сообщающуюся со штуцером и соплами турбины, ана опорных элементах каретки, несущей двигатель, установлены сообщающиеся с полостью направляющих и штуце- .ром воздухопроводы. Ф0636 2 1 110Изобретение относится к учебнолабораторному оборудованию и можетбыть использовано для демонстрации. второго и третьего законов динамикив учебном процессе в высших и среднихспециальных учебных заведениях.Известно устройство для демонстрации законов динамики, содержащее дверасположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которьпсОустановлен двигатель, с валом которогосоединена одним концом нить, а на другой - стойка для закрепления.свободносго. конца нити и сменный груз 1 1 1.Недостатком известной устайовки15является наличие помех, влияющих наточность экспериментов, появляющихсяиз-за соединения подвижной каретки систочником тока посредством проводов,что налагает дополнительные связи на20движение каретки. Кроме того, использование внешнего источника тока, ус-тановленного на основании, создает неудобства при демонстрации, так кактребует значительной предварительной25подготовки экспериментов (необходимость подключения проводов и их размещения на штативе),Цель изобретения - повышение точности и удобства проведения эксперимента.ЗОПоставленная цель достигаетсятем, что в устройстве для демонстрации законов динамики, содержащемдверасположенные на газостатических направляющих каретки, на одной из которых 35установлен двигатель, с валом которого соединена одним концом нить, а надругой - стойка для закрепления. свободного конца нити и сменный груз,двигатель выполнен в виде пневмотурби 4 Оны, имеющей расположенный по ее осиперпендикулярно направляющим штуцери коллекторную кольцевую полость,сообщающуюся со штуцером и сопламитурбины, а на опорных элементах карет 45ки, несущей двигатель, установленысообщающиеся с полостью направляющихи штуцером воздухопроводы.На фиг.1 изображено устройство длядемонстрации законов динамики, общий 50вид, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1,на фиг,3 - разрез Б-Б на фиг.1, нафиг.4 - турбина, разрез, на фиг.5 -турбина, вид сверху.Устройство для демонстрации законов динамики содержит установленныена основании 1 газостатические направляющие 2, на которых размещены две подвижные каретки 3 и 4 одинаковой массы. На каретке 3 оъемно установлен двигатель, выполненный в виде пневмотурбины, состоящей из корпуса 5, стакана 6, ротора 7, крышки 8, вертикально расположенной оси 9, на которой установлены подшипники 10 и втулка 1 1. На наружных кольцах подшипников 10 установлена катушка 12, жестко соединенная с ротором 7. Между корпусом 5 и стаканом 6 образована коллекторная кольцевая полость 13, сообщающаяся с полостью направляющих 2, через радиальные каналы 14, штуцер 15, расположенный в пневмотурбине по ее осн и герметично установленный в вертикальном отверстии каретки 3, и воздухопроводы 16 и 17, установленные на опорных элементах 18 и 19 каретки 3.В стакане 6 имеются, например, четыре сопла 20, сообщающиеся с кольцевой полостью 13 и направленные по касательным в сторону рабочих поверхностей лопастей 21 ротора 7. На катушке 12 закреплена и намотана нить 22,другим концом соединенная с жестко связанной с кареткой 4 стойкой 23, накоторой установлен съемный груз 24 с заданной массой. Нить 22 может бытьсоединена, как вариант, со стойкой 25, установленной наосновании 1, На входе в газостатические направляющие 2 на штуцере 26 с продольнымиотверстиями 27 установлен распределительный клапан, выполненный в видеповоротной втулки 28 с отверстиями29, одинаковыми по форме и размеромс отверстиями 27. Для поворота втулки 28 имеется закрепленный на ней рычаг 30, пружина 31 и ограничитеяьные упоры 32 и 33. Для дистанционного управления рычагом 30 имеется электромагнит 34,Устройство работает следующим образом, В случае одновременной демонстрации второго и третьего законов динамики (Ньютона) подвижные каретки 3 и4 беэ груза 24 устанавливают в крайних левом и правом положениях. Свободный конец нити 22 закрепляют настойке 23 каретки 4, Поворотная втулка 28 посредством пружины 31 и упора32 занимает исходное положение, при котором отверстия 29 совмещены с отверстиями 27 штуцера 26. При этомвоздух от источника сжатого воздуха выходит в атмосферу и давление воздуха в полых газостатических направА-А Риг. 3 1006 ляющих 2 падает до минимума, исключающего движение кареток 3 и 4.Для приведения кареток 3 и 4 в движение поворотную втулку 28 с помощью рычага 30 вручную или дистанцион 5 но электромагнитом 34 устанавливают в другое крайнее положение до упора 33, при котором отверстия 27 штуцера 26 перекрываются перемычками втулки 28. При этом давление в газостатичес- О ких направляющих 2 мгновенно достигает рабочего значения, между каретками 3 и 4 и газостатическими направляющими 2 образуется воздушная подушка, исключающая трение между ними, а воэ дух из воздушной подушки, попадающий на лопасти 21 ротора 7 через воздухопровод 16 и 17, отверстие в штуцере 15, радиальные каналы 14, коллекторную кольцевую полость 13 и сопла 20, начинает вращать ротор 7 пневмотурбины. Нить 22 наматывается на катушку 12, и каретки 3 и 4 начинают сближать:ся с ускорением, демонстрируя второй .и третий законы динамики. Так как силы, действующие на каретки 3 и 4,одинако вы и массы кареток равны, то встретятся они посредине газостатических наП- равляющих 2. Затем демонстрацию повторяют при разной массе кареток 3 иЗО 36 44, для этого устанавливают груз 24 на каретке 4. В результате более легкая каретка 3 пройдет большой путь и каретки 3 и 4 встретятся ближе к тому краю газостатических направляющих 2, где была каретка 4В случае демонстрации только второго закона Ньютона каретку 3 устанавливают в левом крайнем положении, а свободный конец нити 22 закрепляют на стойке 25, установленной на основании 1. При пуске установки нить 22 наматывается на катушку 12, сообщая каретке 3 движение с ускорением.Предложенное устройство повышает точность эксперимента благодаря выполнению двигателя в виде пневмотурбины, питающейся от воздушной подушки, образующейся под кареткой, вследствие чего не требуются специальный источник питания, как в прототипе, и, соответственно, провода, соединяющие его с двигателем на каретке, что исключает возникающие от наличия про" водов помехи в законах движения кареток. Кроме того, повышается удобст" во пользования установкой, так как при подготовке демонстрации не требуется осуществлять подключение двигателя к источнику питания.7 Подписинного комитета СССРтений и открытийРаушская наб., д.4/5