[发明专利]一种在简谐运动参考系下探究惯性问题的实验方法

权利要求书

1.一种在简谐运动参考系下探究惯性问题的实验方法，由球A、球B、球A1、透明装置、小车和弹簧构成，其特征是：

在透明装置侧壁中间固定一个与侧壁垂直的直杆，在直杆上分别用柔软细绳系上平均密度小于透明装置中的流体密度的球A，平均密度大于透明装置中的流体密度的球B，平均密度等于透明装置中的流体密度的球A1；在透明装置靠近上下底面的侧壁画上刻度线，在透明装置靠近上下底部侧壁对应球A、球B和球A1的竖直位置分别固定一参考柱；在小车两端的同一水平直线上分别固定两个弹簧，两个弹簧的另一端固定在水平桌面的竖直柱上，使小车处于弹簧系统的自然状态，在水平桌面上画出球A、球B和球A1系在直杆位置处对应的标示线，所述球A、球B和球A1的外壳均为橡胶膜；将透明装置的上盖盖好密封；球A1充气的具体过程：将自行车气密芯与气球的口相连接固定密封，气密芯的另一端与50毫升一次性注射器的安针头柱相连接，将气球置于透明装置中缓慢充氢气，待气球刚刚要上浮，停止充气，封闭好气密芯，球A1上的气密芯用柔软不可伸缩的细绳系在直杆上，将透明装置的上盖盖好密封；

演示时候，用手使小车偏离弹簧系统的自然状态后释放，球A1几乎不相对小车运动、或者摆动幅度很小，球A、球B明显偏离竖直位置，球A与小车加速度方向相同运动、球B与小车加速度方向相反运动；

当透明装置系统相对地面有加速度时，其内部球A、球B和球A1各个物体都有一个惯性力；以球A为例，设V为球A体积，g为重力加速度，水平方向和竖直方向受到合力分别为：

水平方向受力：aV(-）

竖直方向受力：gV-gV＝gV(-）

则球A细绳与竖直线夹角满足

其中，A为振幅、ω为角频率、t为时间参量；

或者，去掉球A、球B，只留下球A1，给球A1充氢气，使球A1处于竖直悬浮，然后将球A1上的气密芯用柔软不可伸缩的细绳系在直杆上，使球A1上的气密芯缓慢漏气，逐渐使球A1中气体减少，将透明装置的上盖盖好密封；

演示时：用手使小车偏离弹簧系统的自然状态后释放，最初球A1向与小车加速度同向偏离，随着球A1中气体减少，球A1逐渐靠近直杆系绳位置处的竖直位置，然后球A1偏离直杆系绳位置处并沿竖直位置下沉，球A1渐渐地偏离直杆上系绳位置处的竖直位置，球A1与小车加速度反向偏离，球A1的摆动周期与小车在水平方向的振动周期相同。