УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ И ИССЛЕДОВАНИЯ СФЕРИЧЕСКОГО ДВИЖЕНИЯ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Полезная модель относится к области устройств вспомогательного учебного оборудования, а именно к установке для демонстрации сферического движения твердых тел и может быть использована при изучении курсов теоретической механики, физики (раздел механика) в учебных заведениях различного уровня: в вузах, профессионально-технических училищах, техникумах, колледжах и общеобразовательных школах.
Известна установка сферического движения твердого тела (600000, г.Владимир, ул.Горького 87, Владимирский государственный университет, патент на ПМ №16557), содержащая основание, двигатель собственного вращения, приводящий во вращение вал, на котором установлен стол для закрепления твердого тела, имеющая механизмы большого и малого конических движений, и возможность фиксации траектории движения закрепленного на твердом теле источника света цифровой видеокамерой, сигнал с которой подается на монитор.
Недостатками известной установки являются сложность в изготовлении и эксплуатации и, как следствие, усложнение условий исследования составляющих сложного движения твердого тела.
Задачей полезной модели является создание учебной установки, обеспечивающей получение технического результата, состоящего в демонстрации составляющих сферического движения, относящегося к сложному виду движений, являющегося результатом сложения трех вращательных движений; создании условий для понимания составляющих движений; исследовании взаимосвязей и взаимовлияния составляющих движений твердого тела друг на друга; упрощении конструкции установки и уменьшении массо-габаритных характеристик.
Указанный технический результат достигается тем, что установка для демонстрации и исследования сферического движения твердого тела состоит из неподвижного усеченного прямого эллиптического конуса, неподвижно закрепленного на плоском основании, подвижного прямого усеченного кругового конуса, при этом по поверхности неподвижного усеченного прямого эллиптического конуса обкатывается без проскальзывания подвижный прямой усеченный круговой конус, ось которого вращается вокруг оси неподвижного усеченного прямого эллиптического конуса и вследствие эллиптичности последнего изменяет угол наклона к оси неподвижного усеченного прямого эллиптического конуса, отслеживаемый с помощью шкалы на специальной планке, вращающейся вместе с осью неподвижного усеченного прямого эллиптического конуса.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг.1 - установка для демонстрации и исследования сферического движения твердого тела;
где, 1 - основание установки,
2 - неподвижный усеченный прямой эллиптический конус,
3 - ось конуса,
4 - вращающаяся втулка,
5 - ось втулки,
6 - подвижный прямой усеченный круговой конус,
7 - неподвижная планка со шкалой В для отсчета угла нутации,
8 - пружина,
А - шкала для отсчета угла собственного вращения усеченного прямого кругового конуса,
Б - шкала для отсчета угла прецессии.
В - шкала для отсчета угла нутации.
Установка для демонстрации и исследования сферического движения твердого тела содержит основание 1, на котором неподвижно установлен неподвижный усеченный прямой эллиптический конус 2, по оси которого, в отверстии конуса, установлена неподвижная ось 3.
На оси 3, с помощью двух подшипников смонтирована втулка 4, в которой установлена ось 5, на оси которой установлен на двух подшипниках подвижный прямой усеченный круговой конус 6, способный совершать три вращательных движения:
- вращение вокруг собственной оси, отслеживаемое по углу на шкале А (углу собственного вращения), расположенной на большом основании подвижного конуса;
- вращение вместе с собственной осью вокруг оси неподвижного эллиптического конуса, отслеживаемое по шкале Б (углу прецессии), расположенной на поверхности эллиптического конуса;
- вращение вокруг точки пересечения осей неподвижного и подвижного конусов, отслеживаемое по шкале В (углу нутации), расположенной на вращающейся вместе с подвижным конусом планке 7.
Для обеспечения изменения угла наклона оси подвижного конуса к оси неподвижного конуса применена пружина 8.
Планка 7 со шкалой В для отсчета угла нутации неподвижно установлена на вращающейся втулке 4.
Вращение втулки 4 с прикрепленной к ней планкой 7 осуществляется вручную.
Установка для демонстрации и исследования сферического движения твердого тела проста в изготовлении и надежна в эксплуатации, не требует специального рабочего места.