[发明专利]弹簧蛇形摆演示仪

说明书

技术领域：

本发明专利涉及一直物理演示教学仪器，特别是一种摆的演示仪器。

背景技术：

单摆的周期只和摆长有关，亦即周期与摆长的平方根成正比。现在的蛇形单摆的摆线是固定长度而且是规律性变短，因此所有单摆的周期也规律性变小。从摆动的角度大小而言，摆动角度也是规律性变小。因此开始摆动后，最初由于角度差异不大，而且是规律性的差异，因此看起来就像是波动状的蛇形摆动。摆动多次之后，差异性逐渐增加，看起来似乎是杂乱的。当继续摆动之后，又可以出现蛇形摆动。

垂直悬挂弹簧单摆是悬挂一个弹簧，弹簧末端系一个质量为m的物块，这就构成了一个弹簧摆，这时只要用力轻轻地向下拉物块，弹簧就会上下振动起来，摆长不断伸缩变化。弹簧单摆的上下振动周期是K是弹簧的倔强系数，m是摆球的质量。

发明内容：

本发明的目的是制作一种实验教学仪器，用来演示摆动的特殊现象“蛇形摆”。

本发明采用如下技术方案：一种弹簧蛇形摆演示仪，其特征在于：包括：仪器支架，N根倔强系数弹簧，相邻弹簧的倔强系数满足K_n/K_n+1=i²/(i+1)²，其中i是大于零的正整数，N是大于5的正整数；N个蝶形螺母，N个相同摆球；每个蝶形螺母连在弹簧上端，每根弹簧分别连上摆球，等间距地悬挂在仪器支架上,且初始静止状态的摆球的重心在同一水平线上。把N个摆球同时上托一定距离后松开，每个摆球做自己的简谐振动，但在某些时刻表现成蛇的形状，并在一定时间后回到起始位置，再开始下一轮的摆动。

垂直悬挂弹簧单摆的上下振动周期是K是弹簧的倔强系数，m是摆球的质量。在弹簧蛇形摆演示仪，我们安排了N个弹簧摆，它们不但在摆动过程中形成蛇形，还要在摆动一定时间后，一起回到摆动的初始状态，这就要求相邻摆的弹簧摆的摆动周期满足iT_n=(i+1)T_n+1，n=1,2,...,N，对应每个弹簧摆，T_n是第n个摆的摆动周期，i可以是任何正整数。根据上面的周期公式，在各摆球的质量相同的情况下，弹簧倔强系数要按一定变化规律。iTn=i2πm/Kn=(i+1)Tn+1=(i+1)2πm/K(n+1),]]>经计算得到K_n/K_n+1=i²/(i+1)²，这是两个相邻的弹簧摆之间的弹簧倔强系数比值。

本发明的优点：可以生动有趣地演示弹簧单摆的独立特性和集体特性。

附图说明：

图1为本发明为9个单摆时弹簧蛇形摆的结构示意图。

图中：1至9、9个等长但倔强系数按一定规律区别的弹簧，11至19、9个相同的摆球，31至39、9个蝶形螺母，10、底座，21、左支架，22、右支架，20、横梁。

具体实施方式：

左支架21和右支架22固定在底座10上，横梁20固定在左支架21和右支架22的上面，9根倔强系数按一定规律区别的弹簧1至9分别在下端系9个相同的摆球11至19，9个蝶形螺母31至39利用螺口分别固定9个弹簧1至9，通过旋转蝶形螺母可以微调相应的弹簧的长度。