Прибор для демонстрации сложения и разложения траектории сложных движений

Союз СоветскикСоциалистическмиРвслублин ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(5 )М, Кд,6 09 В 23/08 С 09 В 23/06 3 ЪоударетеекиыЯ комитет СССР во делам изоорвтвииЯ к открыткЯ.:":Нй ЧИ 0) 4Казанский ордена Ленина и ордена Трудового КрасногоЗнамени государственный университет им. В,И. УЙВк 1 мМЭ".Ленина и Приволжский районный отдел народнбТТт 5 бр 2 гзоваййяг. Казани(54) ПРИБОР ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ СЛОЖЕНИЯ И РАЗЛОЖЕНИЯ ТРАЕКТОРИЙ СЛОЖНЫХ. ДВИЖЕНИЙ1Изобретение относится. к областиучебных приборов по физике и можетбыть использовано для лекционныхдемонстраций по кинематике.Известен прибор для демонстрацииразложения траекторий сложных движений, содержащий генератор периодических колебаний и осциллограф 1 .Недостатком известного устройстваявляется то; что он не позволяет демонстрировать процессы синтеза траекторий периодических движений, чтозначительно сужает функциональныевозможности прибора,Цель изобретения - расширениефункциональных возможностей.Указанная цель достигается тем,что прибор содержит делитель частоты,блок сдвига фаз, блок функциональных генераторов, блок переключателей, зоблок аттенюаторов, сумматор, коммутатор, счетчик, цифро-аналоговыйпреобразяатель, дешифратор и выходной сумматор, при этом выходы каждого из разрядов делителя частоты через последовательно соединенные блоки сдвига фаз, функциональных генераторов, переключателей и аттенюаторов подсоединены к соответствующимвходам сумматора и счетным входамкоммутатора, к управляющим входамкоторого подключены выходы дешифратора, а выходы счетчика подсоединенык соответствующим входам цифро-аналогового преобразователя и дешифратора, причем выход сумматора черезкоммутатор подключен к первому входувыходного сумматора, к второму входукоторого подсоединен выход цифро-аналогового преобразователя, а выходпоследнего разряда делителя частотысоединен с входом счетчика и синхронизирующим входом осциллографа, квходу вертикальной развертки которогоподключен выходной сумматор. На чертеже представлена блоксхема прибора.Прибор содержит генератор 1 периодических колебаний, который генерирует сигналы прямоугольной формы, делитель 2 частоты, каждый иэ выходовкоторого через блок 3 сдвига Фазподсоединен к соответствующему входу блока 4 функциональных генераторов,Каждый канал блока 4 функциональных генераторов состоит из последовательно соединенных между собойтриггера 5, интегратора 6 и усилителя 7.При этом выходы каждого из элементов 5, 6 и 7 через блок 8 переключателей подсоединены к соответ"ствующим входам блока 9 аттенюаторов,каждый иэ выходов которого подключенк соответствующим входам сумматора10 и счетным входам коммутатора 11,к дополнительному входу которого подсоединен выход сумматора 10.Выходы счетчика 12 поразрядно подключены к входам цифро-аналоговогопреобразователя 13 и через дешифратор 14 - к управляющим входам коммутатора 11, выход которого через первый вход выходного сумматора 15 подключен к входу вертикальной развертки осциллографа 16.Выход цифро-аналогового преобразователя 14 подключен к второмувходу выходного сумматора. Выходпоследнего разряда делителя 2 частоты подключен к входу счетчика 12 ивходу синхронизации осциллографа 16.Прибор работает следующим образом.Сигналы с выхода генератора 1поступают на делитель 2 частоты навыходах которого появляются периодические сигналы, частоты которых относятся как 1:2:3:4 Посредствомблока 3 сдвига Фаз можно регулировать фазу каждого из этих сигналов,входа блока 3 сигналы поступаютна входы триггеров 5 блока 4 функциональных генераторов, что необходимо для получения прямоугольныхсигналов скважностью, равной двум.Последующее интегрирование прямоугольных сигналов посредством интеграторов 6 позволяет получить наих выходах сигналы треугольной формы, а преобразование последних усилителями- сигналы гармоническойФормы. Таким образом, на вь 1 ходахблока 4 функциональных генераторовимеются наборы раэночастотных сигналов трех видов: прямоугольных,треугольных и гармонических.Переключателями 8 осуществляетсявыборка выходов функциональных генераторов, а блоком 9 аттенюатороврегулировка амплитуд выбранных сигналов, С выходов блока 9 аттенюаторов сигналы поступают на коммутируемые входы коммутатора 11 и входы10 сумматора 10 результирующего сигнала. Сумматор 10 осуществляет алгебраическое суммирование сигналов с выходов блока 9 аттенюаторов, а резуль тат суммирования подается на один1 З из входов коммутатора 11. Таким образом, на Коммутируемых входах коммутатора 11 имеются сигналы, моделирующие как отдельные составляющиедвижения, так и результирующую траекторию движения,Синхронно с окончанием очередногосигнала на выходе коммутатора 11происходит скачкообразное изменениена выходе цифро-аналогового преобрад эователя 14, который остается неизменным до прихода очередного сигнала на счетчик 12. Сигналы с выхода коммутатора 11 и цифро-аналогового преобразователя 14 суммируютсявыходным. сумматором 15, а результатсуммирования подается на усилительвертикального отклонения демонстрационного осциллографа 16. Синхронизация развертки осциллографа осуществляется сигналами, которые поступают на вход счетчика 12. Таким образом, одновременно на разных уровнях экрана демонстрационного осциллографа отображаются как форма суммарной Функции, так и ее составляю 40щие,Изменением фазы одного или нескольких сигналов посредством блока 3 сдвига фаз осуществляется горизонтальный сдвиг одной или нескольких составляющих. Посредством блока 8 переключателей осуществляется изменение вида составляющей (скачкообразный, равномерный, гармонический), апосредством блока 9 аттенюаторовизменение амплитуды составляющей.Так как сигнал, моделирующий результирующую кривую, является линейнойкомбинацией сигнапов, моделирующихсоставляющие, то одновременно с изменением параметров последних (фазы,вида, амплитуды) изменяется и формарезультирующей кривой,Для демонстрации процесса разложения заданной функции на отдельные составляющие поступают так. На части экрана, отведенной для отображения заданной функции вычерчивают, например, фломастером произвольную траекторию, Затем, оперируя органами управления блока 8 переключателей, блок 9 аттенюаторов и блока 3 сдвига Фаз, добиваются, чтобы вычерчиваемая лучом на экране траектория максимально приблизилась (совпала) с вычерченной фломастером линией. Отобразившиеся при этом траектории луча в части экрана, отведенной для траектории составляющих, и будут результатом разложения. В случае, когда частота составляющих при разложении относится как 1, 2, 3 и имеют гармоническую форму, наблюдаемое изображение будет демонстрацией Фурье-анализа.Прибор позволяет одновременно отображать на экране как траекторию суммарного движения, так и форму его составляющих, а так же оперативно изменять параметры любой из составляющих, что повышает наглядность процессов сложения и разложения траекторий сложных движений.Формула изобретенияПрибор для демонстрации сложения и разложения траекторий сложных движений, содержащий генератор периодических колебаний и осциллограф, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, он содержит делитель частоты, блок сдвига фаз, функциональных генераторов, блок переключате 3 лей, блок аттенюаторов, сумматор,коммутатор, счетчик, цифро-аналоговый преобразователь, дешифратор ивыходной сумматор, при этом выходыкаждого из разрядов делителя частоты1 О через последовательно соединенныеблоки сдвига Фаз, функциональныхгенераторов, переключателей и аттенюаторов подсоединены к соответствующим входам сумматора и счетным вхо"дам коммутатора, к управляющим входам которого подключены входы дешифратора, а выходы счетчика подсоединены к соответствующим входамцифро-аналогового преобразователя26 и дешифратора, причем выход сумматора через коммутатор подключен кпервому входу выходного сумматора,к второму входу которого подсоединен выход цифро-аналогового преоб 25 разователя, а выход последнего разряда делителя частоты соединен свходом счетчика и синхронизирующимвходом осциллографа, к входу вертикальной развертки которого подЗО ключен выходной сумматор.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Козлова А.Н. Малов Н.Н. Мансуров А.Н., Оглоблин Г.В. Демонстрация временного и пространственногоФурье-анализа периодических сигналов. Сборник научно-методическихстатей по Физике, Вып. 6, М., "Высшаяшкола", 1978, с. 52орректор М, Демчи Тираж ,72твенного комитета СССРретений и открытийЖ, Раузская наб д. Подписно ос ППП "Патент", г, Ужгород, ул. Проектная,Редактор Н. Рогули Заказ 2 2/77 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, М ква, Составитель В. ТюркиТехред А. Ач