Наглядное пособие для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс

О П И С А Н И Е (п 1953484ИЗОБРЕТЕН ИЯКАВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(51)М, Кл,а 01 М 7(00 3 Ьдудардтинай кдмнтвт СССР вд двлам нзддретенхх и дтхрытхйДата опубликования описания 25,08.82(7) Заявитель Новосибирский электротехнический институт(5 Й) НАГЛЯДНОЕ ПОСОБИЕ ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ВЛИЯНИЯ ЗАТУХАНИЯ НА КОЛЕБАТЕЛЬНЬ 1 Й ПРОЦЕСС1Изобретение относится к наглядным пособиям для демонстрации алияния затухания на колебательный про-. цесс и может быть использовано на уроках, семинарских занятиях и лекциях по физике, теоретической и при- кладной механике в средних школах, профессионально-технических училищах и высших учебных заведениях,Известно устройство для изученияфо влияния затухания на колебательный процесс, представляющее собой механическую колебательную систему, содержащую инерционное тело, соединенноепри помощи тяг с упругодемпфирующим средством, закрепленным на основании, ограничительные упоры и устройство для возбуждения колебаний инерционного тела и регулировочную планку 1,11.Однако известное устройство не яв о ляется в достаточной степени наглядным и не обеспечивает надежного понимания школьниками и студентами физической сути процесса и запоминаемости увиденного для последующегоиспользования,Целью изобретения является достижение высокой степени наглядности, характеризующей физическую сущность процесса и надежной запоминаемости с последующим творческим использованием увиденного в инженерной деятельности, а также доступность и про. стота изготовления устройства.Указанная цель достигается тем, что в наглядном пособии для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс, содержащем инерционное тело, соединенное при помощи тяг с упругодемпфирующим средством, закрепленным на основании, ограничительные упоры, устройство для возбуждения колебаний инерционного тела и регулировочную планку, упругодемпфирующее средство состоит из упругих акустически активных шнуров, закрепленных своими концами на осно953484 3вании, переплетенных последующимиучастками с образованием перемычеки расходяЩихся в середине в виде ромба, кареток, соединенных со свободными концами ромба и с тягами, при этом 5регулировочная планка расположена. подиагонали ромба и имеет паз, в котором установлены каретки.При этом пособие имеет датчикитемпературы и конденсаторы, расположенные вокруг перемычек и соединенноес ними регистрирующее устройство.На фиг. 1 изображено предлагаемоенаглядное пособие, общий вид в аксонометрической проекции; на фиг. 2 - 15конструктивное исполнение предлагаемого наглядного пособия,Предлагаемое наглядное пособие длядемонстрации влияния затухания на колебательный процесс содержит инерционное тело в виде двух масс 1 и2, соединенных посредством тяг 3 и 4с упругодемпфирующим элементом 5,закрепленным на расположенном в горизонтальной плоскости неподвижном 25основании 6, регулировочную"планку 7,(показана на чертежах пунктиром),имеющую воэможность перемещаться позакрепленным на основании б верти:кальным стойкам 8 .и 9, жестко закреп- золенные на упругодемпфирующем элементе1каретки 10 и 11 с подвижными роликами 12 и 13, два электромагнитныхвозбудителя 14 и 1, имеющих возможность работать в синхронном режимеи расположенных под массами 1 и 2 .соответственно и служащими для возбуждения вынужденных и свободныхколебаний масс 1 и 2 вследствие приложения к ним одинаковых по амплитуде и фазе вибрационных воздействий,телескопические упоры 16- 19, надетые.на свободные участки, а также двакомплекта датчиков температуры 20и 21, расположенных вдоль перемычек,и два конденсатора 22 и 23, междуобкладками которых расположены перемычки. Датчики температуры и конденсаторы соединены через измерительный тракт 24 с регистрирующими прибо50рами 25 и 26. Упругодемпфирующийэлемент 5 предлагаемого наглядногопособия выполйен цельным из двухпервоначально прямолинейных (фиг. 2)отрезков ОЬ и С Й шнура, переплетен 55ных затем частью своих участков таким образом, что образуют очертаниятрех расположенных, например в горизонтальной плоскости, соосных геометрических фигур - двух треугольников с 1 СЮ и ЪЙ 8 и ромба Уц М при этом основания ОС и Ы треугольников забазированы на неподвижном основании б и ихвершины е и В соединены с двумя противолежащими верши - нами - 3: и К ромба (8 с Е, аС с К) посредством "плавающих" перемычек Я и К 1, каждая из которых состоит из двух переплетенных отрезков шнура, а две другие вершины ромбаи (У жестко зафиксированы в каретках 1 О и 11, к которым прикреплены гибкйе тяги 3 и 4 с подвешенными на них массами 1 и 2. При этом каретки 10 и 11 имеют возможность перемещаться на своих роликах 12 и 13 вдоль паза, расположенной вдоль диагонали ф ромба пленки 7. При своем перемещении регулировочная планка вызы- вает дополнительное натяжение прямо,линейных отрезков шнура упругодемпфирующего элемента (т.е. изменяет его упругость) и изменение силы трения в перемычках Е и ИНа обращенных друг к другу торцах каретки 10 и 11 имеют соосные конические бойки27 и 28, которые наравне с телескопическими упорами могут выполнятьфункцию ограничителей максимальнойамплитуды колебаний. Упругодемпфирующий элемент 5 выполнен из тонкого,плотного,. акустически активного(т,е. издающего при трении довольно .громкое специфическое "шуршание"),упругого, например капронового, шнура. Данный шнур имеет такие параметры, что он не вытягивается под долговременной нагрузкой (т.е, при любом числе циклов нагружения синусоидальной возмущающей силой), т.е. не увеличивая свою первоначальную длину, не провисает и обладает стабильными упругими свойствами. Предлагаемое .наглядное пособиедля демонстрации влияния затухания на колебательный процесс работает следующим образом.При эапитке электромагнитных возбудителей 14 и 15 появляется вынужденная синусоидальная сила заданной амплитуды и частоты, приложенная к массам 1-2 и передаваемая от нихчерез тяги 3-4 на упругодемпфирующий элемент 5, в результате чего мас. сы 1 и 2 совершают вынужденные колебания, а каретки 10 и 11 перемещаются на роликах 12 и 13 вдоль паза ре., гулировочйой планки 7, При этом.5 9534 упругодемпфирующий элементна про тяжении каждого периода колебаний меняет свою. конфигурацию, возвращаясь в конце периода в исходное состояние таким образом, что длины его свобод. ных и переплетенных участков изменяются с частичным переходом друг в друга - переплетенные участки 81 и К 1, которые по существу являются в динамике "плавающими" перемычка о ми, при-. перекручивании на одном торце расплетаются, на другом автоматически сплетаются, в результате чего длины свободных участков упругодемпфирующего элемента изменяются. Когда 15 во время первого полупериода колебаний каретки 10 и 11 расходятся, упругодемпфирующий элемент начинает упруго менять свою конфигурацию таким образом, цто вследствие перекруцивания перемычек 6 и Р длины свободных участков , .к, кИ, , образующих стороны ромба увеличивают свою длину и натягиваются - тем боль.ше, чем больше размах колебаний кареток, а боковые стороны ОС и СЯ, РЬиобоих треугольников уменьшаютсвою длину и увеличивают за счетвозрастания продольного натяжениясвою упругость ( угол при вершине зо треугольников при этом разумеется тоже увеличивается), при этом пере.мычка 81 на торце 1 расплетается, а на торце 6 сплетается, аналогично ведет себя и симметричная ей перемычка Е, Когда каретки сближаются происходит обратное. Наблюдатель визуаль. но наблюдает как при колебании кареток перемычки как бы "плавают" туда и обратно, т.е. совершают возвратно-поступательное движение в направлении продольной оси упругодемпфирующего элемента, При этом деформа ция каждого иэ свободных участков упругодемпфирующего элемента в его .45 продольном направлении (т.е. вдоль собственной оси) на порядок и более меньше размаха колебаний кареток.Свободные участки ОВ, СС ,Ц яК, КЙ, ЬК, 6 Ь, д упругодемпфирую О щего элемента определяют упругие (жесткостные, а вместе с ними резонансные) свойства механической колебательной системы; а переплетенные участки) т.е. "плавающие" перемычки ЕХ и КЕ - рассеивающие свой 84 6ства, поскольку в них при перекручивании возникает большое пб величине трение между составляющими их двумя участками шнура, каждый иэ которых представляет собой спираль двойной кривизны, охватываемую по всей длине другой подобной спиралью:, при прокруцивании одна спираль как бы обкатывается по другой, в результате чего эти два участка трутся друг о друга по всей своей боковой поверхности, поскольку на этих поверхностях возникают довольно большие по величине силы "нормальногон давления.Предлагаемое наглядное пособие обладавт не только хорошими демонстрационными качествами, но и имеет хорошие технико-экономические показатели. формула изобретения 1.Наглядное пособие для демонстрации влияния затухания на колебательный процесс, содержащее инерционноетело, соединенное при помощи тяг супругодемпфирующим средством, закрепленным на основании, ограничитель,ные упоры, устройство для возбуждения колебаний инерционного тела,и регулировочную планку, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, цто, с цельюповышения наглядности, упругодемпфирующее средство состоит иэ упругих акустически активных шнуров,закрепленных своими концами на основании, переплетенных последующимиучастками с образованием перемычек,и расходящихся в середине в виде ромба, кареток, соединенных со свободными концами ромба и с тягами, приэтом регулировочная планка расположена на диагонали ромба и имеет паз,в котором установлены каретки.2. Пособие по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что оно имеетдатчики температуры и конденсаторы,расположенные вокруг перемычек, исоединенное с ними регистрирующееустройство.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Стрелков С,П. Введение в теорию колебаний. И., "Наука", 1964,с. 96-97 (прототип).каз 2 5/ 9 тираж 87 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 1 Ф