[发明专利]地球参考系中的科里奥利力演示仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种地球参考系中的科里奥利力演示仪，属于教学演示仪器技术领域。

背景技术

目前，大学理论力学教材中都安排了“转动参考系”有关的内容，对于转动参考系中的观察者而言，当一个质点相对于转动参考系运动、且相对速度与转动角速度不平行时，质点将受到科里奥利力的作用，其中是参考系转动的角速度，是物体的相对运动速度。地球作为一个转动参考系，当物体相对于它沿南北向运动时，沿运动方向看去，会受到水平向右的科里奥利力作用，而沿东西方向运动，则受到的科里奥利力是垂直指向(或远离)地球自转轴。从理论上说明这一结论并不太难，但学生理解起来却很不容易，若能在课堂上用演示仪把这一现象演示出来，则对学生加深理解和掌握科里奥利力的概念，将会有很大的帮助。目前尚无现成的相关演示仪器。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种地球参考系中的科里奥利力演示仪，能直观地演示在地球的北半球沿南北方向运动的物体，沿运动方向看去会受到水平指向右侧的科里奥利力作用，而沿东西方向运动的物体则不会受到这种水平侧向力的作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：演示仪由抽气管、透明罩上盖、透明罩侧面、进气管、立柱、底座、钢针、支架立柱、转子、底座脚、小磁针、标志线、转子顶体组成，其特征是：透明罩侧面左右两侧开有圆孔，孔的大小和进气管吻合，孔的中心位于两侧同轴进气管的轴线，透明罩侧面垂直固定于底座上，将进气管插入透明罩侧面的圆孔，并通过四根立柱将其同轴固定于底座上，将抽气管垂直插入透明罩上盖的中心圆孔并固定，底座下四角固定有四个高度可调的底座脚，在转子侧面画有标志线，转子顶体固定在转子底部的中心，转子顶体与转子同轴；支架立柱和钢针相连，转子可以在钢针上自由转动，钢针通过转子的对称轴，且与两根进气管的轴线在同一竖直平面内，在底座的左边放置一个小磁针，并在小磁针下面画有相互垂直的方向线，其中一根线与进气管的轴线平行，支架立柱垂直固定在底座上，通过小磁针和方向线可以确定进气管中气流速度的方向。

演示时，主要包括以下几个步骤：

(1).将演示仪放在水平桌面上，使进气管的轴线沿东西方向，将吸尘器的进气软管与抽气管相连接。

(2).将转子置于支架上，盖好透明罩的上盖，开动吸尘器，可以看到转子在透明罩内由静止晃动一些，然后不动。

(3).改变演示仪放置的方向，使进气管的轴线沿南北方向，将转子置于支架上，盖好透明罩的上盖，开动吸尘器，可以看到转子在透明罩内由静止开始沿逆时针方向加速旋转。

由于采用上述技术方案，本发明所具有的优点和积极效果是：演示仪在进气管沿南北方向放置时，用吸尘器从抽气管抽气，在透明罩内产生沿逆时针方向旋转的气流旋涡，气流旋涡带动转子在钢针上由静止开始沿逆时针方向加速旋转，演示仪在进气管沿东西方向放置时，用吸尘器从抽气管抽气时，转子在钢针上仅晃动一些，形象直观地说明了在地球这个转动参考系中的运动物体受到科里奥利力的作用，实验操作简便，结果稳定可靠，造价也不高。

附图说明

图1是本发明的原理图。

图2是本发明实施例的整体结构示意图。

图中D.地球的中心 N.地球的北极 S.地球的南极地球自转的角速度地球半径 O.坐标原点 x.指向正南方向的坐标轴 y.指向正东方向的坐标轴z.垂直于地面指向正上方的坐标轴相对于地面的速度科里奥利力1.抽气管 2.透明罩上盖 3.透明罩侧面 4.进气管 5.立柱 6.底座 7.钢针8.支架立柱 9.转子 10.底座脚 11.方向线 12.小磁针 13.标志线 14.转子顶体

具体实施方式

在图1中，由指向正南方向的坐标轴(x)、指向正东方向的坐标轴(y)、垂直于地面指向正上方的坐标轴(z)组成坐标系O-xyz，在地球的北半球，当物体以相对于地面的速度沿指向正南方向的坐标轴(x)的正向运动时，它将受到科里奥利力的作用，从图1中可以看出的方向与指向正东方向的坐标轴(y)反向，指向正西方向；若物体沿东西方向运动，则受到的科里奥利力垂直指向(或远离)地球自转轴。

在图2中，透明罩侧面(3)左右两侧开有圆孔，孔的大小和进气管(4)吻合，孔的中心位于两侧同轴进气管(4)的轴线，透明罩侧面(3)垂直固定于底座(6)上，将进气管(4)插入透明罩侧面(3)的圆孔，并通过四根立柱(5)将其同轴固定于底座(6)上，将抽气管(1)垂直插入透明罩上盖(2)的中心圆孔并固定，底座(6)下四角固定有四个高度可调的底座脚(10)，在转子(9)侧面画有标志线(13)，转子顶体(14)固定在转子(9)底部的中心，转子顶体(14)与转子(9)同轴；支架立柱(8)和钢针(7)相连，转子(9)可以在钢针(7)上自由转动，钢针(7)通过转子(9)的对称轴，且与两根进气管(4)的轴线在同一竖直平面内，在底座(6)的左边放置一个小磁针(12)，并在小磁针(12)下面画有相互垂直的方向线(11)，其中一根线与进气管(4)的轴线平行，支架立柱(8)垂直固定在底座(6)上，通过小磁针(12)和方向线(11)可以确定进气管(4)中气流速度的方向。转子由轻质、均匀、且质心在其对称轴上的透明塑料圆筒制成。转子顶体用铜做成小圆柱体，与钢针接触的端面做成半球状的凹面。透明罩上盖用有机玻璃板制成。透明罩侧面用四块矩形透明有机玻璃板制成。立柱用塑料制成。