Учебная установка по физике

) О 1) 09 В 23/О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИЗОБРЕТЕН И ЕЛЬСТВУ(прототип),У 42 зированно еци венное объединени 8.8)свидетельство СССР 09 В 23/26, 1983 КА ПО ФИЗИКЕ иками и олыми г шими, ра ои е другим тодвижныхое устр, сообщаю каст- щийеских напра рующий эле- обращенными реток, наен шток,овой рыча И К АВТОРСКОМУ С(54)(57) УЧЕБНАЯ УСТАНОВ содержащая корпус со ст смонтированными на нем статическими направляю ложенные на них одно за ла, выполненные в виде реток, стыковочно-пуско во, имеющее пневмоприво ся с полостью газостати ляющих, силовой аккумул мент, размещенный между один к другому торцами одном из которых устано на противоположном - пу одно плечо которого имеет выступ, а другое связано с пневмоприводом, и стыковочное устройство, имеющее . расположенный на одной из стоек шток и двуплечий рычаг, смонтированный на свободном торце каретки, несущей шток, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач при демонстрации закона сохранения импульса, первого закона Ньютона и закона неупругого соударения тел, она имеет дополнительное стыковочное устройство, состоящее из установленного на второй стойке двуплечего рычага и штока, установленного на свободном торце второй каретки, и установленный на каретке, несущей пусковой рычаг, золотниковый переключатель, связанныйс пневмоприводом, имеющий подпружиненный золотник с буртиком, и двуплечий рычаг, одно плечо которого с имеет выступ, расположенный под буртиком, а другое плечо связано с пусковым рычагом, при этом каждый шток имеет подпружиненный стопор. 4 ь2011243Изобретение относится к учебно- лабораторному оборудованию и может быть использовано в учебном процессе.Известна учебная установка по физике, содержащая корпус со стойками и смонтированными на нем полыми газостатическими направляющими, расположенные на них одно за другим тела, выполненные в виде подвижных кареток, стыковочно-пусковое устройство, имеющее пневмопривод, сообщающийся с полостью газостатических направляющих, силовой аккумулирующий элемент, размещенный между обращенными один к другому торцами кареток, на одном из которых установлен шток, а на противоположном- пусковой рычаг, одно плечо которого имеет выступ, а другое плечо связано с пневмоприводом, и стыковочное устройство, имеющее расположенный на одной из стоек штока двуплечий ры. чаг, смонтированный на свободном тор. це каретки, несущей шток Я .Недостатком такой установки явля-, ется ограниченные возможности демонстрации на ней закона сохранения импульса, первого закона Ньютона и за- кона неупругого соударения тел.Цель изобретения - расширание диЮ апазона решаемых задач при демонстрации закона сохранения импульса, первого закона Ньютона .и закона не" упругого соударения тел.Поставленная цель достигается тем, что учебная установка по физике, содержащая корпус со стойками и смонтированными на нем полыми га.зостатическими направляющими, расположенные на них одно за другим . тела, выполйенные в виде подвижных каретвк, стыковочно-пусковое устройство, имеющее пневмопрщ 3 од, сообщающийся с полостью газостати" ческих направляющих, силовой аккумулирующий элемент, размещенный меж ду обращенными один к другому торца ми кареток, на одном из которых установлен шток, а на противоположном - пусковой рычаг, одно плечо которого имеет выступ, а другое пле- о чо связано с пневмоприводом, и стыковочное устройство, имеющее расположенный на одной из стоек штока и двуплечий рычаг, смонтированный на свободном торце каретки, несущей шток, имеет дополнительное стыковочное устройство, состоящее из устанон леипог на второй стойке двуплечего. 70 1рычага и штока, установленного насвободном конце второй каретки, иустановленный на каретке, несущейпусковой рычаг, золотниковый переключатель, связанный с пневмоприводом, имеющий подпружиненный золотник с буртиком и двуплечий рычаг,одно плечо которого имеет выступ,расположенный под буртиком, а другоеплечо .связано с пусковым рычагом,при этом каждый шток имеет подпружи"нейный стопор.На фиг. 1 изображена предлагаемаяучебная устачовка по физике., общийвидф на фиг.2 - вид А на фнг.1 ф нафиг.З - подвижные каретки 1,на фнг.4 разрез Б-Б на фиг.Зф на фиг.5 -разрез В-В на фиг.З.Учебная установка по физйке содержит установленные в корпусе 1 газостатическще направляющие 2, сообщающиеся с источником сжатого воздуха (не показан), на которых установ".лены два тела в виде подвижных кареток 3 и 4 с опорными элементами5 и 6.На каретке 4 закреплена опора 7,с которой связано стыковочно-пусковое устройство, содержащее силовойаккумулирующий элемент.в виде упру-гого элемента 8 сжатия из листовойстали. Внутри упругого элемента 8установлен буферный ограничитель 9.Аккумулирующий элемент 8 свободнойстороной контактирует с торцевым упором 10, закрепленньк на каретке 3.Шток 11 подвижно установлен на торцекаретки 4 посредством направляющейвтулки 12, закрепленной на опоре 7,и снабжен измерительнымиэлементамндля задания параметров движения кареток 3 и 4, выполненными в виде визира 13, размещенного на конце штока 11, и расположенных на выступе14 опоры 7 шкалы 15 для заданиясилы. деформации аккумулирующего элемента 8 и,шкалы 16 для регистрациискорости кареток 3 и 4. В направляющей втулке 12 шарнирно установЛенсвоим нижним выступом стопор 17, вотверстии которого с зазором расположен подпружиненный шток 11, Стопор,17 под действием пружины 18устанавливается с перекосом и заклинивает шток 11,Свободный конец штока 11 имеетдва конических выступа 19 и 20и расположен с зазором в отверстии21 упора 10, на котором шарнирно1124370 50 3установлен пусковой рычаг 22, одноплечо которого выполнено с выступом 23, контактирующим с коническимвыступом 19 штока 11,Положение штока 11 регулируетсявручную и фиксируется винтом 24.Исходное положение штока 11, когдааккумулирующий элемент 8 контактирует с торцевым упором 10 при егонулевой деформации, соответствуетположению визира 13 напротив нулевых делений шкал 15 и 16..Второе плечо 25 пускового рычага22 кинематически связано с толкателем 26 установленного на каретке 3пневмопривода 27 стыковочно-пускового устройства, сообщающегося сполостью гаэостатических направляющих 2 с помощью трубопроводов 28 и29 через золотниковый переключатель,имеющий корпус 30, золотник 31,на конце которого имеется буртик 32,и пружину 33.Ыа каретке 3 закреплен двуплечийрычаг 34, оДно плечо 35 которогоустановлено с возможностью контактас плечом 25 пускового рычага 22, авторое плечо 36 имеет выступ, контактирующий с буртиком 32 На концахгидростатических направляющих 2установлены стойки 37 и 38.Кроме того, установка имеет стыковочное устройство, состоящее изупора 39 с двуплечим рычагом 40 нпружиной 41, установленных на свободном торце каретки 4, и подпружиненногоштока 42, аккумулирующего элемента 43, подпружиненного стопора 44,которые закреплены на стойке 37.Установка имеет также дополнительное стыковочное устройство, состоящее из установленного на второйстойке 38 аккумулирующего элемента45, упора 46 с двуплечим рычагом 47,и установленных на свободном торцекаретки 3 подпружиненного штока 48с одним коническим выступом и стопора 49, а также измерительных элементов, выполненных аналогично соответствующим элементам на каретке 4.В комплект установки может бытьвключена третья каретка (не изобра-:жена), аналогичная каретке 4 со всеми элементами, закрепленнымина ней.На третьей каретке упругий элементсжатия с ограничителем может. бытьустановлен на.упоре 39. На входе вгазостатические направляющие 2 уста.новлен распределительный клапан 50.Ф Учебная установка для демонстра"ции законов движения тел позволяетдемонстрировать первый и третий законы Ньютона;нругое и нгупругоесоударение тел, а также закон сохранения импульса.Для демонстрации первого и третьего законов Ньютона и закона сохранения импульса каретки 3 и 4 соответ Ь ственно стыкуют со стойками 37 и 38или между.собой. Затем дистанционнос помощью распределительного клапана50 расстыковывают каретку 3 со стойкой 38 или каретки 3 и 4 между собой,в результате чего каретки 3 и 4 достигают установленных на концахМаправляющих 2 стоек 37 и 38 и стыкуются с ними при демонстрации первого и третьего законов Ньютона илиотталкиваются от аккумулирующихэлементов и повторно стыкуются междусобой при демонстрации закона сохранения импульса.В случае, когда каретки 3 и 4 отталкиваются от аккумулирующих элементов 43 и 45, реализуется упругбесоударение тел, а в случае их сныковки в процессе движения реализуется неупругое соударение тел.30 При демонстрации указанньп зако нов с заданными скоростями каретки3 и 4 устанавливают в соответствующее демонстрируемому закону положения на направляющих 2, шток 11вручную перемещают до положения,когда визир 13 совмещается.с делением шкалы 16, соответствующим заданной скорости кареток 3 и 4, ификсируют его винтом 24При этом сцепление свободногоконца штока 11 с выступом 23 пускового рычага 22 обеспечивает необходимую деформацию аккумулирующегоэлемента 8, позволяющую осуществить%движение кареток 3 и 4 с заданной .45скоростью, Режим движения кареток3 и 4 также может задаваться в зависимости от силы деформации аккуму. лирующего элемента, задаваемой по.шкале 15. При .реализации упругого соударения.тел штоки устанавливают в положение, соответствующее максимальной скорости, при котором соударение тел осуществляется беэ сцепления конических выступов штоков с выступами пускового рычага 22 и рычагов 40 и 47При реализации неупругого соуда- рения тел штоки устанавливают на,метке нулевой скорости беэ фиксации. В этом случае при соударении тел конические концы штоков упираются в дно отверстий упоров 10, 39 и 46 и входят в зацепление с выступами пускового рычага 22 и рычагов 40 и 47, упругие элементы сжимаются на определенную величину до момента полного перехода кинетической энергии в потенциальную и одновременно с этим штоки утапливаются на такую же величину. При этом относительное положение тел при сжатом положении пружин штоков остается неизменным, .так как каящый подпружиненный стопор 17, 44 и 49 позволяет перемещаться ,соответствующему штоку только в одном указанном направлении. Это осуществляется благодаря фрикционному сцеплению стопора со штоком 42, который под действием пружины и упру гого элемента устанавливается под углом к штоку 42 эа счет шарнирного крепления нижнего выступа стопора и заклинивает шток при вытягивании.Для расклинивания штоков, нажимая на верхний выступ соответствующего стопора против часовой стрелки, отводят его в вертикальное положение и после установки штоков в заданном положении стопоры отпускают в исходное положение.Пуск кареток 3 и 4 осуществляют путем подачи сжатого воздуха в гаэостатические направляющие 2 с помощэю распределителэного клапана 50, в результате чего между каретками 3 и 4 образуется воздушная подушка, исключается трение между ними.Одновременно срабатывает пневмопривод 27, в который воздух попадает иэ гаэостатических направляющих через золотниковый переключатель. В 4370 Еэтом исходном положении золотник31 удерживается в крайнем нижнемположении с помощью выступа плеча 36рычага 34. При этом толкатель 26пневмопривода 27 перемещает плечо 25пускового рычага 22, выводя из зацепления со штоком 11 выступ 23рычага 22. Под действием силы деформации упругого элемента 8 каретки 3 1 О и 4, освобожденные от зацепления,начинают двигаться с заданными скоростями.Одновременно с этим плечо 25 перемещает плечо 35 рычага 34, выводяиэ зацепления плечо Зб с буртиком32 золотника.Под действием пружины 33 золотник 31 перемещается в верхнее крайнее положение, в котором пневмопри вод 27 сообщается с атмосферой. Приэтом толкателэ 26 пневмопривода 27и рычаг 22 возвращаются в исходноеположение, обеспечивающее повторнуюстыковку кареток 3 и 4 путем сцеп ления выступа 23 рычага 22 с коническим выступом 20 штока 11,Изобретение позволяет расширитьдиапазон решаемых установкой задач.Возможность осуществления демонстрации с повторной стыковкой тел с помощью золонтикового переключателя идвуплечего рычага для его управления, а также дополнительного стыковочного устройства на торцах тел 35обеспечивает демонстрацию законасохранения импулэса первого законаНэютона и закона неупругого соударения тел. Кроме того, установка удобна в эксплуатации, так как многократ. ное повторение одного и того же эксперимента в заданном режиме осуществляется простым нажатием на верх-,ний конец золотника.1124370 и уг оставитель Г.Самбикинаехред Т.Фанта елемеш орректор А,Тяско Подпис илиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная,88/41 Тираж ВНИИПИ Государстве по дедам иээбре 113035, Москва, Ж, ого к ний и аушск митета СССРоткрытийя наб., д. 4/5