專利名稱：實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置及單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置及單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法。
背景技術(shù)：
擺的發(fā)展和研究，同鐘表計(jì)時(shí)器的發(fā)展有密切的關(guān)系。意大利著名力學(xué)家伽利略首先研究了單擺，后來荷蘭科學(xué)家C.惠更斯研究了復(fù)擺，他們?yōu)閿[的力學(xué)理論奠定了基石出。擺是指能夠產(chǎn)生擺動(dòng)的一種機(jī)械裝置，可用來展現(xiàn)種種力學(xué)現(xiàn)象。最基本的擺由一條繩或竿，和一個(gè)錘組成。錘系在繩的下方，繩的另一端固定。當(dāng)推動(dòng)擺時(shí)，錘來回移動(dòng)。 人們能夠看到擺的運(yùn)動(dòng)，但卻不能看到擺的運(yùn)動(dòng)軌跡。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了讓人們既能夠看到擺的運(yùn)動(dòng)，又能夠觀察到擺的運(yùn)動(dòng)軌跡的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置及單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，通過電子感應(yīng)技術(shù)記錄周期擺的運(yùn)動(dòng)軌跡，引導(dǎo)觀察者理解擺的基本規(guī)律，進(jìn)而通過對軌跡圖像的分析，進(jìn)一步了解傅科擺、復(fù)擺、 扭擺等各種擺的特性及其在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特點(diǎn)是，包括一橫桿、一繩索、一擺錘、一觀測臺(tái)；所述的繩索一端系在橫桿上，另一端連接擺錘；所述的擺錘懸掛在所述觀測臺(tái)的上方； 所述的擺錘內(nèi)設(shè)有一發(fā)射器，所述的觀測臺(tái)內(nèi)設(shè)有一接收控制器，該觀測臺(tái)的頂面設(shè)有與接收控制器的輸出端電連接的顯示屏。上述實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其中，所述的顯示屏由發(fā)光二極管陣列構(gòu)成。上述實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其中，所述的接收控制器包括順序連接的一接收電路、一比較電路、一控制電路、以及一發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，所述的發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與發(fā)光二極管陣列電連接。上述實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其中，所述的比較電路主要由運(yùn)算電路構(gòu)成。上述實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其中，所述的控制電路主要由一單片機(jī)構(gòu)成。上述實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其中，所述的發(fā)射器是一個(gè)發(fā)光管。上述實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其中，所述的觀測臺(tái)設(shè)有檢修門。利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，其特點(diǎn)是，包括以下步驟1、將擺錘移動(dòng)到觀測臺(tái)上的任意一個(gè)位置，然后放開讓其自由擺動(dòng)；2、擺錘在擺動(dòng)過程中其上的發(fā)射器不斷向觀測臺(tái)內(nèi)的接收控制器發(fā)射信號；3、接收控制器的接收電路跟蹤接收擺錘上發(fā)射器發(fā)射的信號，并將該信號輸出到比較電路；4、比較電路適時(shí)采集接收電路輸出的信號，并將變化值輸出到控制電路；5、當(dāng)控制電路接收到比較電路輸出的高電平“1”時(shí)，該控制電路將“1”值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作的高電平，使發(fā)光二極管發(fā)光；6、所述發(fā)光二極管構(gòu)成了記錄該擺錘的運(yùn)動(dòng)軌跡。上述利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，其中，所述的發(fā)射器發(fā)射的信號為大于400MCD的線形強(qiáng)光；該強(qiáng)光照射比較電路中的光敏電阻，讓光敏電阻的阻值發(fā)生變化，比較器電路適時(shí)采集變化值，并將采集到高電平“1”值輸出到控制電路。上述利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，其中，所述擺錘每運(yùn)動(dòng)一個(gè)完整周期的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)在LED顯示屏上持續(xù)顯示，可以通過清零功能將發(fā)光二極管發(fā)光構(gòu)成的軌跡清除。由于本發(fā)明采用了以上的技術(shù)方案，布置一個(gè)觀測臺(tái)，觀測臺(tái)的臺(tái)面由LED顯示屏構(gòu)成；在觀測臺(tái)上方中心點(diǎn)位置垂直懸掛一個(gè)包括了擺錘的繩索擺，擺錘設(shè)有發(fā)射器，觀測臺(tái)內(nèi)設(shè)有接收控制器。觀察者將擺錘移動(dòng)到任意一個(gè)觀測面上的位置，然后放開讓其自由擺動(dòng)，擺錘下的LED顯示屏上會(huì)記錄擺錘的運(yùn)行軌跡。每一個(gè)完整周期的運(yùn)行軌跡會(huì)在 LED顯示屏上持續(xù)顯示，觀察者可以通過清零功能將軌跡清除。從而觀察者可以通過重復(fù)演示觀察擺錘的運(yùn)動(dòng)的規(guī)律性和不可重復(fù)性。另外，采用圓形LED顯示屏作為顯示器，觀察者從觀測臺(tái)哪個(gè)角度觀察記錄的軌跡的效果都是一致的，不會(huì)有偏移失真。而且，該圓形LED顯示屏還可解決現(xiàn)有的液晶或等離子顯示器難以制成較大圓形的問題。


本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)由以下的實(shí)施例及其附圖進(jìn)一步給出。圖1是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置中擺錘的結(jié)構(gòu)示意圖(剖視)。圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置中觀測臺(tái)的俯視圖。圖4是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置中接收控制器的電方框圖。圖5是本發(fā)明接收控制器的電路原理圖。圖6是本發(fā)明的工作流程圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明通過電子感應(yīng)技術(shù)記錄周期擺錘的運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過對軌跡圖像的分析， 引導(dǎo)觀察者理解擺的基本規(guī)律，從而進(jìn)一步了解傅科擺、復(fù)擺、扭擺等各種擺的特性及其在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。請參閱圖1、圖2，其中圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置中觀測臺(tái)的俯視圖。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，包括一橫桿1、一繩索 2、一擺錘3、一觀測臺(tái)4 ；所述的繩索2 —端系在橫桿1上，另一端連接擺錘3。所述的擺錘 3懸掛在所述觀測臺(tái)4的上方。所述的觀測臺(tái)4的臺(tái)面上設(shè)有顯示屏41，所述顯示屏41由發(fā)光二極管陣列構(gòu)成。 在觀測臺(tái)4內(nèi)設(shè)有一接收控制器43，所述觀測臺(tái)的臺(tái)面的顯示屏與接收控制器43的輸出端電連接。所述的觀測臺(tái)設(shè)有檢修門44。本實(shí)施例中本發(fā)明的LED顯示屏為圓形顯示屏。
請參閱圖3，圖3是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置中擺錘的結(jié)構(gòu)示意圖(剖視)。所述的擺錘3包括一殼體31，殼體內(nèi)設(shè)有一重量塊32，殼體的底部設(shè)有一通孔33，所述通孔33內(nèi)設(shè)有一發(fā)射器34，所述的發(fā)射器34是一個(gè)發(fā)光管。在殼體的外面包覆一層軟塑膠35。在殼體的頂部設(shè)有與繩索連接的連接部36請參閱圖4，圖4是本發(fā)明實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置中接收控制器的電方框圖。本實(shí)用新型所述的接收控制器43包括順序連接的一接收電路431、一比較電路432、一控制電路433、以及一發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路434，所述的發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與發(fā)光二極管陣列電連接。請參閱圖5，圖5是本發(fā)明接收控制器的電路原理圖。本發(fā)明所述的比較電路主要由運(yùn)算電路構(gòu)成。所述的控制電路主要由一單片機(jī)構(gòu)成。請參閱圖6，圖6是本發(fā)明的工作流程圖。觀察時(shí)，觀察者拉起擺錘然后放下，觀看 LED顯示屏上的運(yùn)行軌跡。本發(fā)明利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，包括以下步驟步驟1、將擺錘移動(dòng)到觀測臺(tái)上的任意一個(gè)位置，然后放開讓其自由擺動(dòng)；所述擺錘每運(yùn)動(dòng)一個(gè)完整周期可自行設(shè)定，本實(shí)施例設(shè)定在2 5分鐘；步驟2、擺錘在擺動(dòng)過程中其上的發(fā)射器不斷向觀測臺(tái)內(nèi)的接收控制器發(fā)射信號； 所述的發(fā)射器發(fā)射的信號為大于400MCD的線形強(qiáng)光；該強(qiáng)光照射接收控制器的比較電路中的光敏電阻，讓光敏電阻的阻值發(fā)生變化。步驟3、接收控制器的接收電路跟蹤接收擺錘上發(fā)射器發(fā)射的信號，并將該信號輸出到比較電路；步驟4、比較電路適時(shí)采集接收電路輸出的信號，并將變化值輸出到控制電路；
步驟5、當(dāng)控制電路接收到比較電路輸出的高電平“ 1”時(shí)，該控制電路將“ 1 ”值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作的高電平，發(fā)光二極管連續(xù)發(fā)光一段時(shí)間；步驟6、所述發(fā)光二極管發(fā)出的光點(diǎn)構(gòu)成了記錄該擺錘的運(yùn)動(dòng)軌跡。該運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)在LED顯示屏上持續(xù)顯示，直到觀察者通過清零功能將軌跡清除本發(fā)明通過電子感應(yīng)擺錘跟蹤技術(shù)，使觀察和記錄擺運(yùn)動(dòng)方法簡便，直觀。
權(quán)利要求
1.實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，包括一橫桿、一繩索、一擺錘、一觀測臺(tái)；所述的繩索一端系在橫桿上，另一端連接擺錘；所述的擺錘懸掛在所述觀測臺(tái)的上方；所述的擺錘內(nèi)設(shè)有一發(fā)射器，所述的觀測臺(tái)內(nèi)設(shè)有一接收控制器，該觀測臺(tái)的頂面設(shè)有與接收控制器的輸出端電連接的顯示屏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，所述的觀測臺(tái)呈圓形，所述的顯示屏也呈圓形，由發(fā)光二極管陣列構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，所述的接收控制器包括順序連接的一接收電路、一比較電路、一控制電路、以及一發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路，所述的發(fā)光二極管驅(qū)動(dòng)電路的輸出端與發(fā)光二極管陣列電連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，所述的比較電路主要由運(yùn)算電路構(gòu)成。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，所述的控制電路主要由一單片機(jī)構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，所述的發(fā)射器是一個(gè)發(fā)光管。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置，其特征在于，所述的觀測臺(tái)設(shè)有檢修門。
8.利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，其特征在于，包括以下步驟8-1、將擺錘移動(dòng)到觀測臺(tái)上的任意一個(gè)位置，然后放開讓其自由擺動(dòng)；8-2、擺錘在擺動(dòng)過程中其上的發(fā)射器不斷向觀測臺(tái)內(nèi)的接收控制器發(fā)射信號；8-3、接收控制器的接收電路跟蹤接收擺錘上發(fā)射器發(fā)射的信號，并將該信號輸出到比較電路；8-4、比較電路適時(shí)采集接收電路輸出的信號，并將變化值輸出到控制電路；8-5、當(dāng)控制電路接收到比較電路輸出的高電平“ 1”時(shí)，該控制電路將“ 1，，值轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管工作的高電平，使發(fā)光二極管發(fā)光；8-6、所述發(fā)光二極管發(fā)光構(gòu)成了記錄該擺錘的運(yùn)動(dòng)軌跡。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，其特征在于，步驟8-2所述的發(fā)射器發(fā)射的信號為大于400MCD的線形強(qiáng)光；該強(qiáng)光照射比較電路中的光敏電阻，讓光敏電阻的阻值發(fā)生變化，比較器電路適時(shí)采集變化值，并將采集到高電平“ 1”值輸出到控制電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的利用實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法，其特征在于，所述擺錘每運(yùn)動(dòng)一個(gè)完整周期的運(yùn)動(dòng)軌跡會(huì)在LED顯示屏上持續(xù)顯示，可以通過清零功能將發(fā)光二極管發(fā)光構(gòu)成的軌跡清除。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實(shí)現(xiàn)單擺運(yùn)動(dòng)的觀測裝置及單擺運(yùn)動(dòng)軌跡的記錄方法。觀測裝置包括一橫桿、一繩索、一擺錘、一觀測臺(tái)；繩索一端系在橫桿上，另一端連接擺錘；擺錘懸掛在觀測臺(tái)的上方；擺錘內(nèi)設(shè)有一發(fā)射器，觀測臺(tái)內(nèi)設(shè)有一接收控制器，該觀測臺(tái)的頂面設(shè)有與接收控制器的輸出端電連接的顯示屏。通過電子感應(yīng)技術(shù)記錄周期擺的運(yùn)動(dòng)軌跡，并通過對軌跡圖像的分析，引導(dǎo)觀察者理解擺的基本規(guī)律，同時(shí)進(jìn)一步了解傅科擺、復(fù)擺、扭擺等各種擺的特性及其在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用。
文檔編號G09B23/10GK102236992SQ201010168438
公開日2011年11月9日 申請日期2010年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月6日
發(fā)明者吳為昊, 張強(qiáng), 梁兆正, 陳康 申請人:上?？萍拣^