[实用新型]刚体力学演示仪

说明书

本实用新型适合于物理刚体力学教学用作演示和实验仪器，适合于科技部门用作展品和科普教育的仪器。

现有该方面的仪器有一组转动件，运用人力和重力进行少数定律或定理的演示和实验。

本实用新型的任务：设计一种多功能的刚体力学教学用仪器，可用作刚体力学多项原理、定律、定理和现象的定性或定量计算的演示仪器或者实验仪器。

为实现这个任务，仪器由两组可绕中心定轴（20）转动的下转动件（17）及上转动件（13）组成，上转动件一臂或中心定轴（20）顶端尚可装上不定轴无力矩陀螺（1）。上转动件（13）是由转臂板和中部法拉盘固接而成，两个上转动块（14）可在臂上滑动，并可用螺钉随迂固定位置，因此可以任意选定上转动件整体的转动惯量，并可由实测资料和数学计算确定数值。下文所说上转动件（13），除特殊说明外，都包括（13）、（14）、承重螺钉（4）、穿钉（5），简称上转动件（13）。下转动件（17）由两金属杆（称转臂）固定于中部转台所组成。两个下转动块（16）可在两转臂上滑动，并可用螺钉随迂固定位置，通过中部穿过转台的线（15）与滑键槽管（19）（和下转动件（17）相固接）上的手动环（9）的内环相连接。内环上有滑键，嵌于滑键槽管（19）的槽内，其作用是使内环随下转动件（17）转动的同时，可在滑键管（19）上自由滑动。手动环（9）的外环可在内环上自由转动。因此手握手动环（9）的外环移动（上移是因惯性离心力）时，就可在下转动件（17）转动过程中任意改变两下转动块（16）在转臂上的对称位置，达到改变下转动件（17）整体的转动惯量的目的，转动惯量可由实测资料及数学计算确定。下文把包括（15）、（16）、（17）、缓冲弹簧（18）、（19）、（9）的整体简称为下转动件（17），这些部件在全部演示和实验过程中始终是一个整体。下转动件（17）与中心定轴（20）或上转动件（13）之间可采用弹簧相连接：弹簧（8）的外端和下转动件（17）相接，内端和弹簧下套（7）相接，弹簧上套（6）的下半部插入弹簧下套内（（6）、（7）、（8）的放大装配图画于附图页的左上角圆圈内），（6）、（7）、（8）的叠合整体套装于下转动件（17）上部的中心定轴（20）上；弹簧下套和上套，通过两者间的舌簧和中心定轴的联合作用，只能定向相对转动；弹簧上套（6）上部的紧固螺钉可使（6）固定于中心定轴上；通过弹簧上套（6）上端、上转动件（13）中部下端的扇形凸块，可使两者啮合连接或撞击后啮合连接。下转动件（17）和上转动件（13）还可通过两者间的中心定轴上套置撞击套（3）（和下转动件用穿钉固接），运用撞击套（3）上部、上转动件中部下端的扇形凸块，发生无弹簧缓冲的啮合连接或撞击后啮合连接。陀螺轴套（2）下端也有相同的扇形凸块，作用和结构也相同。为减小上转动件（13）通过弹簧上套、下套与下转动件（17）间的摩擦力，在上转动件中部顶端设计了承重螺钉（4）。

下面结合附图说明各项装置的作用和工作情况。

1.中心定轴上只装下转动件（17），将一端系有重物（12）的线（10）通过滑轮（11）绕于滑键槽管（19）上。在重力作用下，可定性或定量计算演示、实验转动定律及其推论、转动惯量的计算公式。此即现有该方面演示仪的常有装置。

2.中心定轴上只装下转动件（17），松开（17）两臂上两下转动块（16）上的螺钉，使（16）可在臂上自由滑动。转动下转动件（17）后，用手移动手动环（9），改变下转动件（17）整体的转动惯量，定性或定量计算验证动量矩守恒定律，动能变化规律。弹簧（18）的作用是缓冲碰撞。

3.中心定轴上，在下转动件（17）上依次套装上弹簧下套（7），弹簧（8），弹簧上套（6）。拧紧（6）上的紧固螺钉，将（6）固定于中心定轴上。拧动下转动块（16）上的螺钉，对称地使（16）固定于臂上适当位置。用手推转下转动件（17）拧紧弹簧（8），每次使弹簧具相同的弹性势能。迅速撒手，从最终转速可定性或定量计算验证转动能定理。由于弹簧上下套之间只能定向相对转动，既便于上紧弹簧，又可在弹簧松开后不致因转动件（17）的惯性转动而损坏弹簧，还可增加演示和实验的效果。