[实用新型]异步拖动消阻尼谐振子

说明书

本实用新型是一种物理实验仪器，可以作为教师讲授机械振动时的演示教具，或作为培养学生实验技能的实验仪器，属于国际专利分类号G09B23/06所描述的技术领域。

市场调查和文献检索表明，多数学校通常使用的同类仪器中，有一些过于简陋，如抛弃概念的准确性、用振幅很大的沙摆描绘简谐振动的位移——时间曲线和李萨茹图形等，有一些则是让刚刚步入校门的低年级学生在力学实验中，使用复杂的电子仪器，如用示波器配之以移相器或数字频率计，观察振动方向垂直的两振动的合成等。

力学中简谐振动及其合振动的运动规律。例如物体同时参与两个频率相同、振动方向相同的振动时的运动规律以及拍频现象，是力学中机械波的干涉和电磁学中电磁振荡与信号调制理论的基础。本末到置，让不了解电磁振荡等电子线路的低年级学生，选择和扭动示波器面板上的衰减器、频率、频率微调、同步调谐等等诸多旋钮，来观测力学中机械振动的基本规律，必然要加重教师和学生的负担且难以收到预期的教学效果。

本实用新型的目的是：构造一种简谐振子，它能够提供较大的周期性策动力，迫使其它物体随之一起作简谐运动，以便构造各类振动合成实验，使学生在不涉及任何电磁学和光学概念的条件下，在力学范筹内完成械振动一章的实验教学活动。在深刻地理解和掌握机械振动及其合振动的规律之后，再利用示波器等电磁学仪器学习电磁学知识。

本实用新型的基本构思，源于大学物理机械振动一章理论课中，简谐振动的旋转矢量图示法。解决这一问题的关键在于：为旋转矢量的终端在振动方向上的投影点寻找一个客观的载体，把它作为简谐振动的观察目标，并由它提供策动力以迫使其它物体作简谐振动，进而构造各类振动合成实验。

图1是体现上述基本构思，达到本实用新型目的实验装置的三视图。力学系统由曲柄滑块机构OMP⁽¹⁾和曲柄滑块机构OGQ₁⁽²⁾两个四杆机构组成；由传动轴⁽³⁾驱动的曲柄滑块机构OMP⁽¹⁾的曲柄OM⁽⁴⁾和连杆MP⁽⁵⁾的长度均为旋转矢量A的一半，连杆MP⁽⁵⁾与受到约束的作为简谐运动观测目标的滑块m⁽⁶⁾铰链于P点，滑块m⁽⁶⁾套在滑杆L⁽⁷⁾上；在传动轴⁽³⁾的驱动力矩作用下，曲柄OM⁽⁴⁾以角速度匀速ω转动时，滑块m⁽⁶⁾在滑杆L上运动。从理论上讲，在表面加工光洁度高、装配工差小的条件下，滑块m⁽⁶⁾可依照简谐规律周而复始地运动。但实际上由于装配公差、机械磨损的存在，摩擦阻尼可使滑块m⁽⁶⁾的运动在±90°出现死点。曲柄滑块机构OMP⁽¹⁾为简谐运动的观测目标提供了几何约束，但由于可能出现死点状态，其独立运行的可靠性较差，故定义为约束曲柄滑块机构。