Учебный прибор по физике

(21) 333 (22) 040 (46) 23,0 (72) Л. А 5 2. Прибор по щийс ятем, математический свободном конце ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ И АВТОРСКОМУ СВ(56) 1, Авторское свидетельство СССРпо заявке М 2969815/28-12,кл, Я 09 В 23/06, 1980,2, Физика, Перевод с англ. под ред.А. С, Ахматова, М.фНаука", 1965,с. 866-868, рйс. й, 14,(54)(57) 1. УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПОФИЗИКЕ, содержащий стойку с перекладиной, на одном конце которой закреплен,математический маятник, и средство длясообщения маятнику движения по эллиптической траектории, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с цепью расширения демонстрационных возможностей путем,демонстрации параметрического резонансаизохронной ротации, средство,пля сообщения маятнику движения по эллиптическойтраектории имеет закрепленную на стойкеи параллельную ей балку с отверстиемсоосным с линией отвеса маятника, ипривод, включающий вариатор, закрепленный на его выходном валу эллиптический кулачок, подпружиненный толкательконтактирующий с кулачком, а также гибкий элемент, проходящий через отверстиебалки и соединенный шарнирно с толкателем -и с маятником в его нижней точке. с1043Изобретение относится к учебнымпособиям по физике и может быть использовано цля демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации математического маятника, 5Известен учебный прибор по физике,сопержаший корпус из прозрачного материала в форме параболоида и грузы разноКмассы и размеров, имеющие сферическуюформу, регистрирующее устройство, элект- Юрически связанный с ним фотодатчик, установленный над корпусом 11 .Недостатком известного устройстваявляется :сложность осуществления демонстрации параметрического резонанса 151изохронноя ротации.Наиболее близким к предлагаемомуизобретению по технической сущности является учебный прибор по физике, содержащий стойку с перекладиной, на одном кон-Оце которой закреплен математически ймаятник, и срецство для сообщения маятнику движения по эллиптической траекто -рии 21.Однако в данном маятнике средство 25для сообщения маятнику движения по эллиптической траектории не обеспечивает демонстрацию параметрического резонансаизохронной ротации.Целью изобретения - является расширезО ние демонстрационных воэможностей путем демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации.Указанная цель обеспечивается тем,,что в учебном приборе по физике, содер жащем стойкус перекладиной, на одномконце которой закреплен математическиймаятник, и средство пля сообщения маятнику движения по эллиптической траектории, средство цля сообщения маятнику 4 Одвижения по эллиптической траекторииимеет закрепленную на стойке и параллельную ей болку с отверстием, сооснымс линией отвеса маятника, и привод,включающий вариатор, закрепленный на 45его выхоцном валу эллиптический кулачок,подпружиненный толкатель, контактирующийс кулачком, а также гибкий элемент проходящий через отверстие балки и соединенный шарнирно с толкателем.и маятником в его нижней точке.Кроме того, учебный прибор имеетконтрольный математический маятник,закрепленный на свободном конце перекла ,дины.55На фиг. 1 изображен учебный прибор пофизике, общий виц; на фиг. 2 - вид А нафиг. 1 (в увеличенном масштабе); на 724 2фиг. 3 - крепление кулачка к выходной осивариатора; на фиг. 4 - орбиты цвижениягруза маятника,Учебный прибор по физике содержитстойку 1 с перекладиной 2, на одном конце которой закреплен математическиймаятник, состоящий из нити 3 и груза 4,а на другом конце закреплен аналогичныйему контрольный математический маятник,состоящий из нити 5 и груза 6, равныхпо своим параметрам нити 3 и грузу 4.Учебный прибор содержит также средство,для сообщения маятнику движенияпо эллиптической траектории, имеющеезакрепленную на стойке 1 и параллельнуюей балку 7 с отверстием 8, соосныминин отвеса маятника и привод 9, включающий электродвигатель 10, вариатор11, закрепленный на его выходном валу12 эллиптический кулачок 13 точка апогеякоторого совпадает с осью вала 12,подпружиненный пружиной 14 толкатель15, контактирующий с кулачком 13, атакже гибкий элемент (нить) 16, проходящий через отверстие 8 балки 7 и сое.пиненный шарнирно с помощью карабинов17 с толкателем 15 и грузом 4 математическог.о маятника в его нижней точке.Траектории цвижения груза 4 могутбыть круговые по кривой 18 или эллипсными по кривой 19. Профиль кулачка 13соответствует кривой 20,Йля демонстрации параметрическогорезонанса изохронной ротации необходимо:установить кулачок 13 в положение,соответствующее положению на фиг. 1;установить плину нити 16 такой, чтобыпри максимальном отклонении рабочегомаятника угол ( составлял 12-15о,опрецелить по известной формуле, частотуобращения маятника где .6 д - частота обращения маятника;- ускорение свободно падающеготеда;Н - длина маятника;установить на вариаторе 11 частоту вращения выходного вала 12 равной вычис - ленной ЫПосле подготовки оператор демонстри- рует опыт, пля чего раскручивает вручную рабочий маятник 3, 4 так, чтобы груз,.4 описывал окружность в плоскости, па,раллельной плоскости земли, а угол при вершине между образующей конуса и отвесом занял значение (3 1043Затем оператор делает то же самое" контрольным маятником 5, 6, т, е,раскручивает груз 6 так, чтобы уголп 1 и вершине тоже принял значение(После этого оператор включает двигатель 10 привода 9 в сеть, в результатечего кулачок 13 начнет вращаться счастотой сйа толкатель 15 совершатьвозвратно-поступательные движения,при этом круговая орбита груза 4 (кривая 18) трансформируется в эллипсную(кривая 19).Движение по эллипсу (кривая 19)происходит при условии, что / Ро 1,т. е. длина радиуса эллипса Я , начало которого лежит в фокусе Г малоизменяется по сравнению со среднейдлиной радиуса эллипса, при чеместь амплитуда укорочения радиуса.При истечении 10-15 мин круговые 2 Оцвижения груза 6 контрольного маятника прекратятся, а груза 4 рабочегомаятника будут продолжаться беэ затухаротации груза 4 будет сколь угодно 25,дмгой пока существует энергия накачкиПосле отключения энергии накачки путем выключения двигаетеля 10, груз 4начинает совершать круговые движения(кривая 18)затухающие во времени. 724 4Второй вариант демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации заключается в то 1 м, что накачку энергии производят вручную.Для этого от устройства отсоециняютпривод 9,Затем поочередно раскручивают обаамаятника на угол Ч - 12 - 15 и,взявшись рукой за нижний конец нити 16,совершают возвратно-поступательныедвижения так, чтобы груз 5 двигался поэллипсу.Дидактическая эффективность изобретения состоит в том, что с помощью учебного прибора по физике раскрываетсяфизическая сущность существования эллиптических орбит планетарных систем, заключающаяся в том; что ведущая планета(например солнце) один раз за периодобращения ведомой планеты (земля) притягивает ее сильнее, тем самым ведущаяпланета сообщает ведомой планете дополнительную энергию, которую она теряет на совершение движения по, орбите,и поэтому всегда одна из планет находится в фокусе эллинской орбиты.Изобретение позволяет также расширитьдемонстрационные возможности путем демонстрации параметрического резонанса изохронной ротации.