[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。

本申请是申请号为2015100510600、申请日为2015年01月30日、发明创造名称为一种动用于研动究动力学的装置的发明专利申请的分案申请。

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