Учебный прибор по физике

(51)5 г. 09 В 2 /О ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ(56) Тейлор Ч.А, Физика музыкальных звуков. " М., 1976, с. 40 - 43, (54) УЧЕБНЫЙ ПРИБОР ПО ФИЗИКЕ (57) Использование: учебные приборы по физике, позволяет расширить диапазон решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячих волн, Сущность изобретения: при перемещении шаблонов 9 волн (не менее двух) по направляющим навстречу один другому последние, воздействуя насистему блоков средства перемещенияшаблонов, размещенного за лицевой панелью прибора, приводят в движениеразмещенные на вертикальных связях1 метки 3, расположенйе которых понекоторой кривой, являющейся суммойотдельных функций, зафиксированныхна шаблонах 9, будет представлятьстоячую волну. Кроме того, приборпозволяет демонстрировать сложейиенескольких Форм волн путем перемещения шаблонов 9 .как в одном, так и впротивоположных направлениях. 1 з,п.Ф-лы, 3 ил,1742846У, = У;(х), представленных шаблонами 9. Так, в частности, если вставляется лишь один шаблон У = У(х), авместо остальных установлены вставкинулевой высоты У;= О, то форма расположения меток в точности повторяетФорму шаблона (фиг.1). Данная демонстрация может быть, например, применена при приближении некоторойфункции У = У(х) на участке (О, 1)суммой членов тригонометрическогоряда ФурьеУ , = А,я 3.п(йх/1),где 1 = 1,2,3,;1 - расстояние между крайнимиы резинками,При демонстрации бегущей волныв направляющие 8 вставляют один20 шаблон 9, имеющий форму данной волны, а остальные шаблоны заменяютя вставками нулевой высоты, При вращении ручки 7 средства 6 перемещенияшаблонов одно из зубчатых колес 1125 приводит в движение шаблон 9 волны,имеющий в нижней части зубчатую нарезку. Иетки 3 при этом в точностикопируют движение поверхности шаблона,При демонстрации возникновенияя стоячих волн используют дваодинаковых шаблона 9 функции У = Аяп(п/1);и = 1,2,3, Каждый из шаблоновприводится в движение своим колесом11, Поскольку шестерни 12 вынуждаютколеса 11 вращать ся в разные сторонышаблоны также начнут двигаться вразличных направлениях, но с одинако"вой скоростью. Сумма таких волн представляет собой стоячую волну, которую и воспроизведут метки 3. п (х-Ч)У = А я 1 п1 Изобретение относится к демонстра ционным приборам и может быть исполь зовано, например, при изучении колебательных и волновых процессов.11 елью изобретения является расширение диапазона решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячих волнНа Фиг.1 изображен прибор, общий вид; на Фиг,2 - разрез А-А на Фиг.1; на Фиг,3 - кинематическая схема средства перемещения шаблонов волн,Учебный прибор содержит корпус 1, внутри которого на упругих участках связей 2 (резинках) укреплены метки 3, Нижние концы Р резинок 2 укреплен на корпусе 1, а верхние концы В привязаны к гибким участкам связей(нитям), которые проходят через систему подвижных и неподвижных блоков 5 и свободными концами С крепятс к корпусу. Вдоль корпуса 1 под дейст вием средства 6 перемещения шаблонов волн, приводимого в. движение ручкойпо направляющим 8 могут перемещаться несколько шаблонов 9 волн (число которых в данном случае ограничено четырьмя). Рельеф шаблонов 9 определяет величину отклонений У толкателей 10, Средство 6 перемещени шаблонов состоит из ручки 7, цилиндрических зубчатых колес 11 и конических шестерен 12, Концы С нитей ч крепятся к корпусу 1 с таким расчетом, что при нахождении меток 3 и нижних концов толкателей 10 в нулевом положении (У=У=У =У=У ,=0) все резинки .натянуты и имеют одинаковую длину,Прибор работает следующим образомПри демонстрации сложения нескольких Форм волн соответствующие шаблоны 9 вставляются в направляющие 8, Средством перемещения шаблонов в этом случае не пользуются. Если метки 3 установлены строго посередине резинок 2 (Фиг.2), то их перемещение У равно суммарному перемещению толкателей 10(в случае несимметричного закрепления меток их перемещение лишь пропор"ционально данной сумме) Величины У, ; У, У, У могут быть какположительными, так и отрицательными,В итоге все метки 3 располагаютсяпо некоторой кривой У = У(х), которая является суммой отдельных функций Движение одного из шаблонов вправо вызывает движение меток, котороеможет быть описано равенством ф где Ч - скорость протяжки (не обязательно постоянная). Второй шаблон, движущийся влево,вызывает движение меток по закону И у (х+)Суммарное движение меток находятсуммированием+ зп ------1л лпах пнчС2 А зхп -- соз1 1 Из полученной формулы видно, чтометки, расположенные в точках х == Ы/и, где 1 с = 0,1,2п, вообщене движутся (узпы); остальные меткисовершают синфазные колебательныедвижения с круговой частотой тЛ 7/1,а амплитуды колебаний меток зависятот их положения относительно горизонтальной оси х по закону синуса.Указанные признаки описываютпростейший случай стоячей волны. Возможныи более сложные демонстрации, например стоячие волны от движения двухшаблонов в прямом и двух таких жешаблонов в обратном направленияхИспользование изобретения позволяет более наглядно осуществлять де-.монстрации сложения нескольких волновых процессов, в том числе эффектапреобразования волн, бегущих в пря"мом и обратном направлениях, в Стоячие волны,Формула,и з обретения1. Учебный прибор по физике, со"держащий размещенные в корпусе наборподвижных вертикальных связей с закрепленными на них метками, набор шаб" лонов волн, установленных в выполненных в корпусе направляющих с возможностью горизонтальнрго перемещения,шаблонов, о т л и ч а ю щ и й с ятем, что, с целью расширения диапазона решаемых задач путем демонстрации процесса образования стоячихволн, каждая вертикальная связь имеетупругий участок, нижний конец которого закреплен в нижней части корпуса,и гибкий участок в виде нити, одинконец которой связан с верхним концомупругого участка, а другой. конецзакреплен на корпусе с возможностьювзаимодействия со средством перемещения шаблонов, которое состоит изразмещенного в корпусе набора подвижных и неподвижных блоков, черезкоторые перекинуты нити, и двух барабанов, вращающихся в противоположныестороны и взаимодействующих с основаниями шаблонов, при этом метки раз мещены на упругих участках связей,а шаблоны установлены с возможностьювзаимодействия верхней кромкой с подвижными блоками.. 2. Прибор по и.1, о т л и ч а ющ и й с я тем, что основание каждогошаблона выполнено в виде зубчатойрейки, а барабаны средства перемещения шаблонов - в .виде зубчатыхколес, образующих с шаблонами зубчатые пары,раж Подпис омитета по изобретениям осква, Ж, Раушская н еоткрытиям при ГКНТ СССР