[发明专利]一种傅科摆演示装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种在科教试验和娱乐活动中使用的装置。更具体地说，本发明涉及一种用于科教试验的傅科摆演示装置。

背景技术

为了证明地球在自转，法国物理学家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的摆动实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎先贤祠最高的圆顶下方进行，摆长67米，摆锤重28公斤，悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大，因而基本不受地球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长。在傅科摆试验中，人们看到，摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转。

现有的傅科摆用在科教试验中，具体来说，通常包括以下结构：摆线、摆球及摆球下方的底座，底座上标识有方向线。将摆球放置一定的高度，释放摆球，摆球摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，相对底座上的方向线，摆动方向不断变化，判断出由于地球的自转导致此种现象的发生。

现有技术中用于科教试验的傅科摆存在如下缺点：一、操作繁琐复杂，实现现象不易观察；二、摆球在摆动过程中由于空气阻力，能量很快，可供观察的时间少，实验现象不易捕捉；三、整个结构稳定性较低，不能满足长时间的循环演示，易损坏，返修率高。

如何设计出一款傅科摆演示装置，其结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，这是急需解决的问题。

发明内容

本发明为了克服现有技术的缺陷，公开了一种傅科摆演示装置。

本发明的一个目的在于，设计出一种傅科摆演示装置，结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，展示效果好，且结构稳定，使用寿命长。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种傅科摆演示装置，包括：

单摆，其具有摆线和摆球，所述摆线一端固定，另一端连接摆球，所述单摆的周期为T；

永磁铁，其安装在摆球上；

光电开关，其用于检测上方是否有摆球通过，当摆球通过时，光电开关的发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化；

PLC，其用于接收光电开关的电信号，并产生相应的控制指令；

继电器，其用于接收PLC通断电的控制指令，并做出相应的动作；

电磁线圈，其电源通断受控于上述继电器，用于吸引摆球上的永磁铁，为摆球提供补偿力；

电源，其为上述各电器元件提供电能；

其中，当单摆的摆球通过最低点时记为0时，待略小于0.5T时间后，继电器闭合0.1-0.3s后再断开。

优选的是，所述摆线通过第一固定丝与摆球连接固定。

优选的是，所述第一固定丝呈圆锥体，圆锥体底面中部向外延伸出螺纹柱，螺纹柱上开设通孔一直延伸至圆锥体外，所述摆球上向心开设第一螺纹孔，所述第一固定丝的螺纹柱内插入固定摆线并旋入第一螺纹孔内。

优选的是，所述永磁铁为圆环状，并通过第二固定丝与摆球连接固定。

优选的是，所述第二固定丝呈圆锥体，圆锥体底面中部向外延伸出螺纹柱，所述摆球上向心开设第二螺纹孔，所述第二固定丝的螺纹柱上套接永磁铁并旋入第二螺纹孔内。

优选的是，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔相对摆球球心对称。

优选的是，所述电磁线圈缠绕在光电开关外周。

优选的是，所述电磁线圈和光电开关位于摆球自然下垂时的正下方位置。

优选的是，所述电磁线圈和光电开关安装在底座内，底座边沿设有一周护栏。