一種用于研究動力學(xué)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于動力學(xué)研宄裝置領(lǐng)域,尤其是研宄圓周運動所涉及到的動力學(xué)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] -個細線拴著一個重物在豎直平面做圓周運動,重物在最低點時拉力大于重 力,且最低點拉力最大-這都是容易被理論證明的,要想用實驗表現(xiàn)這個現(xiàn)象,現(xiàn)有技術(shù) 公開了一種研宄圓周運動的裝置:豎直面板,位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底 座,豎直面板由鐵板制成,還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱,磁柱一端吸 附于豎直面板,磁柱另一端栓接一根細線,細線的上端栓接于磁柱,細線的下端懸掛一個 重物。該裝置的使用方法:第一步,將重物升起一定高度,且:1,使細線處于直線狀態(tài);2, 細線偏離豎直位置。第二步,釋放重物,重物開始做形狀為圓弧的運動,即:圓周運動的 一部分。選擇合適的釋放位置,可以達到這樣的效果:在此位置釋放重物,恰好可以把磁 柱拉倒。理論分析如下:用T表示重物受到的拉力,用G表示重物受到的重力,用m表示 重物的質(zhì)量,用V表示重物經(jīng)過最低點的速度,用r表示重物圓周運動的半徑,推導(dǎo)得到 Γ = ,于是,得到最低點速度V越大,拉力T越大的結(jié)論。用該實驗輔助講解:磁 r 柱被拉倒,說明拉力T比重力大。實驗操作者錄制了該實驗的視頻,在逐幀播放視頻時,發(fā) 現(xiàn):磁柱并沒用在重物處于最低點倒下,而是明顯經(jīng)過了最低點以后,磁柱才倒。實驗操作 者重復(fù)實驗多次,每次都錄制視頻并逐幀播放,均發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。這個現(xiàn)象和理論不符。這個 現(xiàn)象之前沒有被人發(fā)現(xiàn)過:要慢速播放才可以觀察到這個現(xiàn)象。從重物經(jīng)過最低點到磁柱 倒掉,大約歷時0. 2秒。0. 2秒的時間,大約是該裝置所懸掛重物單擺周期的8分之1,這 0. 2秒內(nèi),重物經(jīng)過的路程大約是振幅的三分之二,細線和豎直方向的夾角大約是40度。所 以,通常從時間上觀察不出該現(xiàn)象,慢速播放的時候,可以從重物偏離平衡位置的距離上觀 察到該現(xiàn)象。
[0003] 嚴格的來說,該實驗和理論不符,該實驗裝置不宜用于圓周運動動力學(xué)的教學(xué)。換 句話說:要研發(fā)一個新的裝置,能演示最低點拉力大于重力的實驗,并且克服上述缺陷。
[0004] 既然要研發(fā)新的裝置,就要知道現(xiàn)有裝置的問題出在哪里。有兩種說法:1,細線 的形變需要時間,這個時間大約是0. 2S,等細線完成了形變,磁柱才受到更大的拉力而被拉 倒。2,磁柱在重物經(jīng)過最低點就已經(jīng)開始傾倒了,但是,磁柱的長度不夠長,0. 2秒以后,才 明顯看出來磁柱倒掉。這兩種說法聽上去都有道理,如果要用理論知識判定哪種說法正確, 這是非常復(fù)雜的理論問題。
[0005] 關(guān)于此現(xiàn)象,還有其他解釋,那些解釋可以通過理論分析直接排除,所以,在本說 明書中就不表述了。
[0006] 本實用新型提出一種裝置,該裝置可以:1,驗證上述兩種說法哪種正確。2,克服現(xiàn) 有裝置的不足之處,并且達到實驗現(xiàn)象和理論相符的有益效果。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型克服現(xiàn)有技術(shù)不足所采用的技術(shù)方案是:
[0008] -種用于研宄動力學(xué)的裝置,包括豎直面板,位于豎直面板下端用于支撐豎直面 板的底座,豎直面板由鐵制成,還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱,磁柱一端 吸附于豎直面板,磁柱另一端栓接一根細線,
[0009] 細線的上端栓接于磁柱,細線的下端懸掛一個用來做圓弧運動的球形重物,其特 征是:
[0010] 豎直面板固定連接一個用于使重物經(jīng)過平衡位置后不受細線拉力并且約束重物 運動的夾持裝置,所述夾持裝置是這樣的:
[0011] 夾持裝置設(shè)有用于約束重物運動的圓弧形導(dǎo)軌,圓弧形導(dǎo)軌在豎直平面的剖面形 狀為圓弧形,圓弧形導(dǎo)軌所在各切面垂直于豎直面板,
[0012] 圓弧形導(dǎo)軌的曲率半徑小于軌跡線的半徑,
[0013] 圓弧形導(dǎo)軌最下端的切線是水平方向,圓弧形導(dǎo)軌最下端位置略低于軌跡線的最 低點,
[0014] 圓弧形導(dǎo)軌上端距磁柱的距離小于軌跡線的半徑,
[0015] 圓弧形導(dǎo)軌的兩個側(cè)面均固定連接有側(cè)板,側(cè)板所在平面為豎直平面,兩個側(cè)板 的內(nèi)面均貼敷有由彈性材料制成的、用于夾持重物的夾塊,夾塊在距導(dǎo)軌相同距離處其水 平方向的厚度是這樣變化的:圓弧形導(dǎo)軌的下端夾塊較薄,圓弧形導(dǎo)軌的上端夾塊較厚。
[0016] 垂直于圓弧形導(dǎo)軌切面且同時垂直于豎直面板的方向,夾塊的厚度是這樣變化 的:距離圓弧形導(dǎo)軌較近處,夾塊較薄,距離圓弧形導(dǎo)軌較遠處,夾塊較厚。
[0017] 沿著圓弧形導(dǎo)軌最下端到上端經(jīng)過的弧長為細線長度的三十分之一。
[0018] 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單,用本實用新型做相關(guān)實驗,可以讓實驗現(xiàn)象和理論分析完 美相符。
【附圖說明】
[0019] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖。
[0020] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的測試圖。
[0021] 圖3是本實用新型實施例一的正視圖。
[0022] 圖4是本實用新型實施例一的局部俯視圖。
[0023] 圖5是本實用新型實施例一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024] 圖6是本實用新型實施例一的局部剖面圖。
[0025] 圖7是本實用新型實施例二的局部剖面圖。
[0026] 圖中:1-豎直面板,2-底座,3-磁柱,4-細線,5-重物,51-軌跡線,7-夾持裝置, 71-圓弧形導(dǎo)軌最下端,72-圓弧形導(dǎo)軌,73-側(cè)板,74-夾塊。
【具體實施方式】
[0027] 附圖1、2分別是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖和側(cè)視圖:現(xiàn)有技術(shù)包括豎直面板1,位于豎直 面板1下端用于支撐豎直面板1的底座2,豎直面板1由鐵制成,還包括一個由永磁體制成 的、形狀為柱狀的磁柱3,磁柱3 -端吸附于豎直面板1,磁柱3另一端栓接一根細線4,細線 4的上端栓接于磁柱3,細線4的下端懸掛一個用來做圓弧運動的重物5。
[0028] 實施例一
[0029] 參見附圖3,是本實用新型的正視圖,一種用于研宄動力學(xué)的裝置,包括豎直面板 1,位于豎直面板1下端用于支撐豎直面板1的底座2,豎直面板1由鐵制成,還包括一個由 永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱3,磁柱3 -端吸附于豎直面板1,磁柱3另一端栓接一根 細線4,
[0030] 細線4的上端栓接于磁柱3,細線4的下端懸掛一個用來做圓弧運動的球形重物 5,其特征是:
[0031] 豎直面板1固定連接一個用于使重物5經(jīng)過平衡位置后不受細線4拉力并且約束 重物5運動的夾持裝置7,所述夾持裝置7是這樣的(附圖4是夾持裝置7的俯視圖,并且表 示重物5在平衡位置時和夾持裝置7的位置關(guān)系--僅表明豎直方向的位置關(guān)系,附圖 5是夾持裝置7的結(jié)構(gòu)示意圖。):
[0032] 夾持裝置7設(shè)有用于約束重物5運動的圓弧形導(dǎo)軌72,圓弧形導(dǎo)軌72在豎直平面 的剖面形狀為圓弧形,圓弧形導(dǎo)軌72所在各切面垂直于豎直面板1,
[0033] 圓弧形導(dǎo)軌72的曲率半徑小于軌跡線51的半徑,
[0034] 圓弧形導(dǎo)軌最下端71的切線是水平方向,圓弧形導(dǎo)軌最下端71位置略低于軌跡 線51的最低點,
[0035] 圓弧形導(dǎo)軌72上端距磁柱3的距離小于軌跡線51的半徑,
[0036] 圓弧形導(dǎo)軌72的兩個側(cè)面均固定連接有側(cè)板73,側(cè)板73所在平面為豎直平面,兩 個側(cè)板73的內(nèi)面均貼敷有由彈性材料制成的、用于夾持重物5的夾塊74,夾塊74在距導(dǎo)軌 相同距離處其水平方向的厚度是這樣變化的:圓弧形導(dǎo)軌72的下端夾塊74較薄,圓弧形導(dǎo) 軌72的上端夾塊74較厚。
[0037] 解釋:軌跡線51,軌跡線51是指重物5做圓弧形運動(也可以稱為單擺運動,同時 也是圓周運動的一段?。r,重物5的最下端經(jīng)過的軌跡。理所當(dāng)然,軌跡線51是一段圓 弧。
[003