[发明专利]一种用于研究动力学的装置

说明书

本发明属于动力学研究装置领域，尤其是研究圆周运动所涉及到的动力学装置。一个细线拴着一个重物在竖直平面做圆周运动，出现了实验现象和理论不符的情况，为了解释该现象并且证明理论的正确，本发明提出一种装置：一种用于研究动力学的装置，包括竖直面板、磁柱、细线、重物，其特征是：竖直面板固定连接夹持装置，所述夹持装置是这样的：夹持装置设有圆弧形导轨，圆弧形导轨固定连接有侧板，侧板的内面均贴敷有夹块，夹块在距导轨相同距离处其水平方向的厚度是这样变化的：圆弧形导轨的下端夹块较薄，圆弧形导轨的上端夹块较厚。夹块的厚度是这样变化的：距离圆弧形导轨较近处，夹块较薄，距离圆弧形导轨较远处，夹块较厚。

技术领域

本发明属于动力学研究装置领域，尤其是研究圆周运动所涉及到的动力学装置。

背景技术

一个细线拴着一个重物在竖直平面做圆周运动，重物在最低点时拉力大于重力，且最低点拉力最大-这都是容易被理论证明的，要想用实验表现这个现象，现有技术公开了一种研究圆周运动的装置：竖直面板，位于竖直面板下端用于支撑竖直面板的底座，竖直面板由铁板制成，还包括一个由永磁体制成的、形状为柱状的磁柱，磁柱一端吸附于竖直面板，磁柱另一端栓接一根细线，细线的上端栓接于磁柱，细线的下端悬挂一个重物。该装置的使用方法：第一步，将重物升起一定高度，且：1，使细线处于直线状态；2，细线偏离竖直位置。第二步，释放重物，重物开始做形状为圆弧的运动，即：圆周运动的一部分。选择合适的释放位置，可以达到这样的效果：在此位置释放重物，恰好可以把磁柱拉倒。理论分析如下：用T表示重物受到的拉力，用G表示重物受到的重力，用m表示重物的质量，用v表示重物经过最低点的速度，用r表示重物圆周运动的半径，推导得到于是，得到最低点速度v越大，拉力T越大的结论。用该实验辅助讲解：磁柱被拉倒，说明拉力T比重力大。实验操作者录制了该实验的视频，在逐帧播放视频时，发现：磁柱并没有在重物处于最低点倒下，而是明显经过了最低点以后，磁柱才倒。实验操作者重复实验多次，每次都录制视频并逐帧播放，均发现该现象。这个现象和理论不符。这个现象之前没有被人发现过：要慢速播放才可以观察到这个现象。从重物经过最低点到磁柱倒掉，大约历时0.2秒。0.2秒的时间，大约是该装置所悬挂重物单摆周期的8分之1，这0.2秒内，重物经过的路程大约是振幅的三分之二，细线和竖直方向的夹角大约是40度。所以，通常从时间上观察不出该现象，慢速播放的时候，可以从重物偏离平衡位置的距离上观察到该现象。

严格的来说，该实验和理论不符，该实验装置不宜用于圆周运动动力学的教学。换句话说：要研发一个新的装置，能演示最低点拉力大于重力的实验，并且克服上述缺陷。

既然要研发新的装置，就要知道现有装置的问题出在哪里。有两种说法：1，细线的形变需要时间，这个时间大约是0.2s，等细线完成了形变，磁柱才受到更大的拉力而被拉倒。2，磁柱在重物经过最低点就已经开始倾倒了，但是，磁柱的长度不够长，0.2秒以后，才明显看出来磁柱倒掉。这两种说法听上去都有道理，如果要用理论知识判定哪种说法正确，这是非常复杂的理论问题。

关于此现象，还有其他解释，那些解释可以通过理论分析直接排除，所以，在本说明书中就不表述了。

本发明提出一种装置，该装置可以：1，验证上述两种说法哪种正确。2，克服现有装置的不足之处，并且达到实验现象和理论相符的有益效果。

发明内容

本发明克服现有技术不足所采用的技术方案是：

一种用于研究动力学的装置，包括竖直面板，位于竖直面板下端用于支撑竖直面板的底座，竖直面板由铁制成，还包括一个由永磁体制成的、形状为柱状的磁柱，磁柱一端吸附于竖直面板，磁柱另一端栓接一根细线，

细线的上端栓接于磁柱，细线的下端悬挂一个用来做圆弧运动的球形重物，其特征是：