Учебный прибор по физике

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 9 В 23/06 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ.ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ ИПРИ ГКНТ СССР М И ОПИСАН ИН АВТОРСКОМ ЬСТВУ комс- пса- аллельприбор позволяе количественных ния механическо ярно к ней. Данный уч роизводить ибор по Физике,акрепленным наентом, выпопны сн я харак тери(56) Авторское свидетельство СССР 9 1137502, кл, Г 09 В 23/06, 1985, (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ (57) Изобретение относится к учебным пособиям по Физике и теоретической механике. Цель изобретения - повышение демонстрационного эФФекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний, Учебный прибор по Физике содержит основание, панель, упругую пластину, электродвиИзобретение относится к учебным пособиям по Физике и теоретической механике и может быть использовано дпя демонстрации вынужденных механических колебаний в некотором диапазоне частот, явления резонанса, зависи-. мости резонансной частоты от массы колебательной системы, зависимости амплитуды вынужденных колебаний от частоты вынуждающей силы, а также дпя демонстрации сдвига Фаз межпу часто-той колебаний вь 1 нуждающей силы и вынужденных колебаний механической системы и его зависимости от частоты вынуждающей силы.Известен учебный прсодержащий корпус с знем колебательным элем Я 017200 гатель, который закреппен на пласти"не, подвижный груз, эксцентрично закрепленный на валу двигателя, шкапуамплитуд, изображение резонанснойкривой с осью частот, на которых установлены световые элементы, соединенные через многопозиционный переключатель с герконом, установленнымипод шкалой амплитуд, Первый постоянный магнит укреплен на грузе, второйпостоянный магнит установлен на упругой пластине, световой элемент укреплен на грузе и соединен с источнипитания через контакты скольженияГеркон с замыкающими контактами утановлен на торце двигателя, замьющие контакты реле включены парно геркону. 2 ил. ненным в виде упругой пластины, возбу-. днтель колебаний, выполненный в виде ф электромагнита, подключенного к гене ратору переменного тока,. установленные вдоль оси пластйны направляющие и раз- ( мещенную в них каретку с установлен ( ным на ней корректором магнитного по- р ля. При этом. корректор магнитного р поля выполнен в виде рамки из Ферромагнитного материала с постоянными магнитами, размещенными вйчтри нееодин напротив другого, причем элект- Фромагнит установлен на каретке вдоль В.оси пластины, а рамка - перпендику50 резонанса плоских пружин, но не позволяет наглядно демонстрировать большой группе слушателей сдвиг Фаз между частотой колебаний вынуждающей5 силы и частотой вынужденных колебаний.Пель - повышение демонстрационного эффекта за счет визуализации параметров вынужденных колебаний.Данная цель достигается тем, что учебный прибор по физике, содержащий блок питания, корпус с закрепленным на нем колебательным элементом, выполненным в виде упругой пластины, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, элект- . рически связанный с узлом управления, содержит вертикально установленную панель с графически выполненными на ней шкалой амплитуды колебаний и резонансной кривой, установленные. на ней светоиндикаторы, герконы и постоянные магниты, многопозиционный 25 переключатель. При этом возбулитепь механических колебаний выполнен в виде закрепленного на упругой пластине электродвигателя, на валу которого эксцентрично закреплен груз, движки 30 многопозиционного переключателя и потенциометра механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярным клеммам источника питания. При этом первый постоянный35 магнит установлен на грузе электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом, размещенным на корпусе электродвигателя, второй магнит размещен на плас тине с возможностью взаимодействияс первым размыкаюшим и вторыми замыкающими герконами причем первый вывод первого замыкающего геркона связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные реле, первый размыкающий геркон и первый светоиндикатор его второй вывод соединен с второй клеммой источника, один из выводов каждого второго замыкающего геркона соединен с соответствующей клеммой много- позиционного переключателя, а через соответствующие светоиндикаторы - с второй клеммой источника питания, к которой через потенцнометр подключена одна из клемм электродвигателя, вторая клемма которого подсоединена к первой клемме источника питания,а первый замыкающий геркон зашунтирован замыкающей контактной группой реле,На фиг. 1 изображен прибор, общийвид; на фиг. 2 - то же, принципиальная электрическая схема.Учебный прибор по физике содержитблок 1 питания, корпус 2, с закрепленным на нем колебательным элементом,выполненным в виде упругой пластины3, установленный с возможностью взаимодействия с упругой пластиной возбудитель механических колебаний, выполненный в виде закрепленного наупругой пластине электродвигателя 4,электрически связанного с узлом управления, на валу 5 которого экцентрично закреплен груз 6, вертикальнуюпанель 7,. с графически выполненнымина ней шкалой 8 амплитуды колебанийи резонансной кривой 9, установленные на ней светоинликаторы 10 и 11,герконы 12-14 и постоянные магниты15 и 16, многопозиционный переключатель 17, потенциометр 18 и реле 19,при этом светоиндикатор 10 связан сосхемой управления при помощи скользящих контактов 20,Движки многопозиционного переключателя 17 и потенциометра 18 механически соединены между собой и электрически подключены к разнополярнымклеммам источника питания. Первыйпостоянный магнит 15 установлен нагрузе 6 электродвигателя с возможностью взаимодействия с первым замыкающим герконом 12, размещенным накорпусе электродвигателя. Второймагнит 16 размещен на пластине 3 свозможностью взаимодействия с. первымразмыкающим 1.3 и вторыми замыкающими14 герконами. Первый вывод первогозамыкающего геркона 12 связан с первой клеммой источника питания, а через последовательно соединенные реле 19, первый размыкающий геркон 13,первый светоиндикатор 10 и скользя.щие контакты 20 его второй выводсоединен с второй клеммой источника 1. Один из выводов каждого второго замыкающего геркона 14 соединенс соответствующей клеммой многопозиционного переключателя 17, а черезсоответствующие светоиндикаторы 11 . -с второй клеммой источника питания,к которой через потенциометр подключена одна из клемм электродвигателя 4, вторая клемма которого под172006 10 20 тины 3 вынуждающую силу, Под действием этой силы упругая пластина 3 начинает вынужденные колебания, что наблюдается визуально по шкале 8 амплитуды колебаний и миганию первой пары светоиндикаторов 11, установленных на выходящей ветви резонансной кривой 9 и на ее оси частот, которые мигают в результате взаимодействия второго постоянного магнита 16, установленного на пластине 3, с одним из герконов 14 соответственно положению подвижного контакта переключателя 17.При установке рукоятки переключателя 17 в положение 11 первая пара светоиндикаторов 11 прекращает мига соединена к первой клемме источника питания, а первый замыкающий геркон 12 зашунтирован замыкающей контактной группой реле 19.Учебный прибор по физике работает следующим образом. В исходном положении рукоятка многопозиционного переключателя 17 узла управления прибора должна бытьустановлена в нулевое положение. Затем включается выключатель В 1 подачи питания и рукоятка многопозиционного переключателя 17 устанавливает"ся в положение 1, что приводит также к перемещению движка потенциомет-.ра 18, уменьшению его сопротивленияи увеличению тока в цепи электродвигателя 4. Вал 5 двигателя 4 начинаетвращаться и одновременно начинаетвращение груз 6, При вращении грузаб им развивается центробежная сила,которая представляет для упругой пласние, уменьшается величина сопротивления потенциометра 18, число оборотов двигателя 4 увеличивается. Одновре" менно увеличивается частота вынуждающей силы, д в, результате увеличивается амплитуда колебаний упругой пластины 3 и начинает мигать вторая пара светоиндикаторов 11.При установке рукоятки многопозиционного переключателя 17 в положение 111 частота вынуждающей силы приближается к собственной частоте я колебательной системы. Обучаемые наблюдают более интенсивный рост амплитуды вынужденных колебаний упругойпластины 3, которая достигает максимума, т.е. наступает резонанс, который фиксируется миганием светоиндикатора 11, расположенного на вершине 9 6резонансной кривой 9, По мере дальнейшего увеличения частоты путем поворота рукоятки переключателя 17 амплитуда колебаний упругой пластины 35уменьшается, что наблюдается визуально по шкале 8 амплитуды колебаний имиганйю световых элементов 11 на нисходящей ветви резонансной кривой 9и ее оси частот,Одновременно с началом вращениявала 5 двигателя 4 .начинает автоматически работать. измеритель сдвигафаз между частотой колебаний вынуждающей силы и частотой вынужденныхколебаний системы, включающий элементы преобразования положения подвижного груза 6 двигателя относительноположения упругой пластины 3 в нулевом делении шкалы 8 амплитуды колебаний.Так, при вращении подвижного груза6 первый постоянный магнит 15 совершает круговое движение и периодически взаимодействует с первым. замыкающим герконом 12, установленным накорпусе двигателя 4 в верхней частиего торца, и замыкает его контакты.Последний срабатывает, подключая кисточнику 1 питания цепь, состоящуюиз электромагнитного реле 19, первогоразмыкающего геркона 13 и светоиндикатора 10. При этом светоиндикатор 10начинает светиться, а замыкающие контакты реле 19 шунтируют контакты геркона 12, переводя реле 19 на самоблокировку. Светоиндикагор 10 будет светиться до тех пор, пока второй постоянный магнит 16 упругой пластины 3не совместится с первым размыкающимгерконом 13 вертикальной панели 7.При этом контакты геркона 13 размыкаются, цель обесточивается, светоиндикатор 10 гаснет. В результате этого45 обучаемые наблюдают светящуюся дугу,длина которой определяет величинусдвиГа Лаз между частотой колебанийвынуждающей силы и частотой вынужденных колебаний. Поскольку этот про 50 цесс повторяется периодически, то обучаемые видят устойчивую светящуюсядугу. По мере роста частоты длинадуги растет, достигая значения Ф /2при резонансе и близкой величины к 4.55при максимальной частоте вынуждающейсилы,Лемонстрация зависимости резонансной частоты от массы колебательногоэлемента и его упругости осуществляет 7 1720069ем уст новки сменного груза 6 дитель механических колебаний выполся путем установки сменного грузана сво одны конец упруго нен в,виде закрепленного на упругой3 и под ора рукоятки многопозицио оеключателя 17 новой резонанс- котоРого эксцентрично закреплен груз,ной частоты .или путем перестановки движки многопозицнонного переключатепо высоте электродвигателя на упрусоте электродвигателя 4 на упру- ля и потенцнометры механически. соедигой пластине 3, а также нахождения иены между собой и электрически поди й резонансной частоты . ключены к Разнополярным клеммам исПредлагаемая конструкция прибора 10 точника питания, причем. первый постопоэволяет наглядно продемонстриро- янный магнит установлен на грузеватьать большой группе слушателей важ- электродвигателя с возможностью взаные явления вынужденных механических действия с первым замыкающим герконом, размещенным на корпусе электколебаний.Родвигателя., второй .магнит размещенб р е т е н и я на пластине с возможностью вэаимодейформула и з оствия с первым размыкающим и вторымиучебный прибор по физике, содержа- . замыкающими герконами, причем первыйщнй б ок питания, корпус с закреплен- вывод пеРвого геркона связан. с первойлок питания, корпус с закреплным на нем колебательжм эаементомэ 20 клеммой источника питанияф а черезпоследовательно соединенные реле,установленнтан вленный с возможностью взаимо- , первый Размыкающий геркон и первййдействия с упруго пластино возй и с упругой пластиной возбуди- светоинднкатор соединен с второй клемнических колебаний элект- мой источника., один из выводов кажнн с злом управления 25 дого второго замыкающего геркона сой с я тем что единен с соответствующей клеммой мноо т л и .ч а ю щ и й с я тем, что,гопозиционного переключателя, а черезс целью повьипения демонстрационногосоответствующие светоиндикаторы сэффекта за счет визуализации параметвторой клеммой источника питания,ров вынужденных колебаний, он содерн енн 0 панель 30 к которой через потенциометр подкжит вертикально установленную панель 0ннЫ на ней шка- чена одна из клемм электродвигателя,с графически выпблненнЫми на ней шкабан- резонансной вторая клемма которого падсоеднненалой амплитуды колебаний и. резонанснок первой клемме источника питания,кривой, установленные на .ней светоина первый замыкающий геркон зашунтидикаторы, герконы и постоянные магннрован замыкающей контактной группойты многопозиционный переключательпотенциометр и реле, при этом возбуреле,17200 б 9 Составитель. Н. ЩербакТехред А.Кравчук Корректор. М. Самборская актор М,Кобылянская н 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гага аказ 773 ТиражНИИПИ Государственного комитета по иэоб113035, Москва, Ж, Ра Подписное и открытиям приаб., д. 4/5