КРУЖКА

Полезная модель относится к столовым принадлежностям, в частности к емкостям для питья, пособиям-игрушкам для обучения, а также учебным демонстрационным пособиям по физике. Полезная модель может использоваться и в качестве сувенира.
Известна кружка для холодных и горячих продуктов, состоящая из установленных одна в другой наружной с ручкой и внутренней емкостей с зазором между их стенками, в верхней части емкости скреплены между собой герметичным замком [1]. Наружная емкость кружки с ручкой выполнена из прозрачного пластического материала, внутренняя емкость кружки может быть выполнена из цветного или прозрачного пластического материала, а между наружной и внутренней емкостями может устанавливаться вставка с цветным полиграфическим изображением. Наличие зазора между стенками емкостей обеспечивает образование воздушной теплоизолирующей прослойки, что позволяет безопасно применять кружку при использовании горячих продуктов. Размещение художественно-полиграфической вставки между емкостями придает кружке дополнительные эстетические свойства, что обеспечивает возможность ее использования в качестве сувенира.
Известна кружка с пустотелой ручкой, содержащая корпус с дном и боковой стенкой, к которой прикреплена пустотелая ручка, соединенная верхней и нижней частью своего внутреннего пространства с объемом корпуса, причем вся кружка, включая корпус и пустотелую ручку, выполнена из стекла [2]. Достоинством этой кружки является убыстренное остывание жидкости до температуры, терпимой для питья, вследствие циркуляции жидкости из корпуса кружки в пустотелую ручку, а также усиленная возможность согревания рук от жидкости зимой в походных условиях.
Известен воронкообразный элемент емкости-игрушки для питья с отверстием диаметром 9-11 мм в его центре, который за счет отбортовки, выполненной за единое целое с воронкообразным элементом, фиксируется над нижней частью емкости [3]. После заполнения верхней части жидкостью при наклоне емкости в процессе питья, воздушные пузырьки из нижней части емкости через отверстия воронки с шумом прорываются к поверхности жидкости в верхней части емкости, создавая эффект бульканья. Указанный эффект лежит в основе использования емкости-игрушки в игре с элементами соревновательности, где победитель определяется по наиболее громкому звуковому сопровождению в процессе питья.
Известен также учебный демонстрационный прибор для проверки закона Архимеда, содержащий герметичный, частично заполненный жидкостью сосуд, помещенный в него герметичный полый поплавок, корпус которого выполнен из эластичного материала, и средство для изменения давления в сосуде, выполненное в виде компрессора, соединенного с сосудом, а внутри поплавка размещен манометр, проградуированный в единицах объема поплавка [4]. Учебный демонстрационный прибор дает возможность наглядно проверить законы Архимеда, получив при этом точное количественное выражение для силы Архимеда.
Общими недостатками приведенных аналогов являются ограниченные функциональные и игровые возможности и сравнительно низкая занимательность.
Наиболее близким аналогом к заявленному устройству является общеизвестная кружка Пифагора, содержащая емкость, образованную дном и цилиндрической стенкой, к наружной поверхности которой верхним и нижним концами прикреплена ручка, выполненную за одно целое с дном емкости круглую опору с накладкой на торце, имеющую осевой канал, выходящий наружу своим нижним концом, сифон, состоящий из всасывающей и сбросной ветвей, а также метку допустимого налива [5]. В известной кружке сифон расположен в колонке, закрепленной на ее дне. При наливе жидкости в кружку Пифагора больше меры, т.е. выше метки допустимого налива, она с помощью сифона через осевой канал в опоре полностью выливается из кружки. Указанный эффект позволяет использовать кружку в качестве пособия-игрушки для развития нестандартного мышления и воображения, повышения внимания и приобретения чувства меры на примере наказания алчности. Все это характерно следованию принципам и философии Пифагора, основанной на гармонии мышления, чувств и желания.
Однако у известного устройства имеется ряд недостатков.
Наличие внутри традиционной кружки неестественного для нее элемента - колонки с сифоном снижает неожиданность и непредвиденность проявления сифонного эффекта, что уменьшает занимательность и познавательность известного пособия-игрушки, а следовательно и эффективность ее использования для обучения. При этом расположение колонки с сифоном на дне кружки значительно уменьшает ее полезную емкость.
Кроме того, конструкция известной кружки, где в сифоне, распложенном в колонке, его всасывающая ветвь охватывает сбросную, исключает функциональную возможность ее применения в качестве учебно-демонстрационного пособия по физике, позволяющего создать конкретное представление о сифоне и его принципе действия. Это обусловлено тем, что, например, в случае выполнения известного устройства полностью из прозрачного материала, визуальные изображения всасывающей и сбросной ветвей сифона будут совмещены. В результате чего при демонстрации работы известного устройства станет невозможным наблюдать сифонный эффект.
Задачей полезной модели является расширение дидактических и функциональных возможностей ее применения, а также увеличение полезного объема кружки.
Поставленная полезной моделью задача, решается тем, что в известной кружке, содержащей емкость, образованную дном и цилиндрической стенкой, к которой верхним и нижним концами прикреплена ручка, выполненную за одно целое с дном емкости круглую опору с накладкой на торце, имеющую осевой канал, выходящий наружу своим нижним концом, сифон, состоящий из всасывающей и сбросной ветвей, а также метку допустимого налива, согласно заявленной полезный модели внутри емкости размещен цилиндрический стакан, установленный с кольцевым зазором между их стенками в гнезде, выполненном в дне емкости, при этом верхние края стакана и емкости соединены между собой посредством упорного буртика, выполненного на внутренней стороне ее цилиндрической стенки, который герметически перекрывает кольцевой зазор между стенками стакана и емкости, образуя кольцевую полость, непосредственно у дна стакана, в его стенке выполнены отверстия, сообщающие объем стакана с нижней частью кольцевой полости, а на одном уровне с нижней границей упорного буртика на внутренней стороне стенки стакана нанесена метка допустимого налива, при этом ручка выполнена в виде изогнутой пустотелой пластины с внутренним каналом, поперечное сечение которого имеет форму прямоугольника со скругленными углами, в месте крепления верхнего конца ручки в цилиндрической стенке емкости под нижней границей упорного буртика выполнено профилированное отверстие, сообщающее верхнюю часть кольцевой полости с внутренним каналом ручки, в дне емкости выполнен канал, сообщенный с одной стороны с каналом, выходящим из нижнего конца ручки, а с другой стороны с осевым каналом, верхний конец которого выполнен глухим, причем поперечное сечение канала, выполненного в дне емкости, осевого канала, а также профилированное отверстие идентичны по форме с поперечным сечением внутреннего канала ручки, при этом сообщающаяся с нижней частью объема стакана кольцевая полость представляет собой всасывающую ветвь сифона, а соединенные последовательно между собой внутренний канал ручки, канал, выполненный в дне емкости, а также осевой канал, образуют его сбросную ветвь.
Кроме того, кружка может полностью выполняться из прозрачного материала, а на наружной стороне цилиндрической стенки емкости, в стык с ручкой может быть закреплена съемная клейкая вставка с полиграфическим изображением, закрывающая половину площади этой стороны.
Отличительными признаками согласно полезной модели является то, что внутри емкости размещен цилиндрический стакан, установленный с кольцевым зазором между их стенками в гнезде, выполненном в дне емкости, при этом верхние края стакана и емкости соединены между собой посредством упорного буртика, выполненного на внутренней стороне ее цилиндрической стенки, который герметически перекрывает кольцевой зазор между стенками стакана и емкости, образуя кольцевую полость, непосредственно у дна стакана, в его стенке выполнены отверстия, сообщающие объем стакана с нижней частью кольцевой полости, а на одном уровне с нижней границей упорного буртика на внутренней стороне стенки стакана нанесена метка допустимого налива, при этом ручка выполнена в виде изогнутой пустотелой пластины с внутренним каналом, поперечное сечение которого имеет форму прямоугольника со скругленными углами, в месте крепления верхнего конца ручки в цилиндрической стенке емкости под нижней границей упорного буртика выполнено профилированное отверстие, сообщающее верхнюю часть кольцевой полости с внутренним каналом ручки, в дне емкости выполнен канал, сообщенный с одной стороны с каналом, выходящим из нижнего конца ручки, а с другой стороны с осевым каналом, верхний конец которого выполнен глухим, причем поперечное сечение канала, выполненного в дне емкости, осевого канала, также профилированное отверстие идентичны по форме с поперечным сечением внутреннего канала ручки, при этом сообщающаяся с нижней частью объема стакана кольцевая полость представляет собой всасывающую ветвь сифона, а соединенные последовательно между собой внутренний канал ручки, канал, выполненный в дне емкости, а также осевой канал, образуют его сбросную ветвь и, кроме того, кружка может полностью выполняться из прозрачного материала, а на наружной стороне цилиндрической стенки емкости, в стык с ручкой закреплена съемная клейкая вставка с полиграфическим изображением, закрывающая половину площади этой стороны.
Размещение внутри емкости цилиндрического стакана, установленного в гнезде, выполненном в дне емкости, с кольцевым зазором между их стенками и герметическое соединение между собой верхних краев стакана и емкости посредством упорного буртика позволило образовать кольцевую полость, представляющую собой всасывающую ветвь сифона. Выполнение ручки кружки в виде изогнутой пустотелой пластины с внутренним каналом и последовательное соединение этого канала с каналом, выполненным в дне емкости, и осевым каналом позволило образовать сбросную ветвь сифона. Таким образом, расположение всасывающей и сбросной ветвей сифона в разных частях кружки, вне ее внутреннего пространства, позволило освободить его от размещения в нем колонки с сифоном, в отличие от известной кружки, где колонка с сифоном закреплена на ее дне.
Благодаря этому расширяются дидактические возможности применения полезной модели в виде пособия-игрушки, а также увеличивается полезная емкость кружки.
Выполнение кружки полностью из прозрачного материала наряду с размещением всасывающей и сбросной ветвей сифона в ее разных частях позволяют расширить функциональные возможности применения полезной модели за счет использования ее в качестве учебно-демонстрационного пособия по физике. При этом повышению эффективности обучения с помощью данного пособия способствует закрепление на наружной стороне цилиндрической стенки емкости в стык с ручкой съемной клейкой вставки с полиграфическим изображением, закрывающей половину площади этой стороны. Кроме того, размещение на стенке емкости вставки с художественным полиграфическим изображением наряду с высокой занимательностью пособия-игрушки, позволит использовать кружку в качестве сувенира.
Полезная модель иллюстрируется фиг. 1-3.
На фиг. 1 представлена кружка, продольный разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - общий вид кружки.
Кружка содержит емкость 1, образованную дном 2 и цилиндрической стенкой 3, выполненной за одно целое с дном 2, круглую опору 4 емкости 1с накладкой 5 на торце, имеющую осевой канал 6, выходящий наружу своим нижним концом 7, верхний конец 8 которого выполнен глухим. Внутри емкости 1 размещен цилиндрический стакан 9, установленный с кольцевым зазором между их стенками в гнезде 10, выполненном в дне 2. Верхние края стакана 9 и емкости 1 соединены между собой посредством упорного буртика 10, выполненного на внутренней стороне ее цилиндрической стенки 3, который герметически перекрывает кольцевой зазор между стенками стакана 9 и емкости 1, образуя кольцевую полость 11. Непосредственно у дна стакана 9 в его стенке выполнены отверстия 12, сообщающие объем стакана 9 с нижней частью кольцевой полости 11. На одном уровне с нижней границей упорного буртика 10 на внутренней стороне стенки стакана 9 намечена метка допустимого налива 13.
К цилиндрической стенке 3 емкости 1 верхним и нижним концами прикреплена ручка 14, выполненная в виде изогнутой пустотелой пластины с внутренним каналом 15, поперечное сечение 16 (фиг. 2) которого имеет форму прямоугольника со скругленными углами. В месте крепления верхнего конца ручки 14 в цилиндрической стенке 3 под нижней границей упорного буртика 10 выполнено профилированное отверстие 17, сообщающее верхнюю часть кольцевой полости 11 с внутренним каналом 15 ручки 14. В дне 2 емкости 1 выполнен канал 18, сообщенный с одной стороны с каналом 15, выходящим из нижнего конца ручки 14, а с другой стороны с верхним концом 8 осевого канала 6. Поперечные сечения каналов 6, 18, а также профилированное отверстие 17 идентичны по форме с поперечным сечением 16 внутреннего канала 15 ручки 14. При этом сообщающаяся с нижней частью объема стакана 9 кольцевая полость 11 представляет собой всасывающую ветвь сифона, а последовательно соединенные между собой каналы 15, 18 и 6 образуют его сбросную ветвь.
В предложенном варианте применения полезной модели в качестве учебно-демонстрационного пособия (фиг. 3) кружка полностью выполнена из прозрачного материала, а на наружной стороне цилиндрической стенки 3 емкости 1 в стык с ручкой 14 закреплена съемная клейкая вставка 19 с полиграфическим изображением, закрывающая половину площади этой стороны.
Пользуются кружкой следующим образом.
В состоянии наполнения жидкостью стакана 9 ниже метки допустимого налива 13 кружка применяется для питья.
В случае перелива жидкостью метки допустимого налива 13 она из стакана 9 через отверстия 12 заполняет кольцевую полость 11, представляющую собой всасывающую ветвь сифона, и далее через профилированное отверстие 17 поступает в последовательно соединенные каналы 15, 18 и 6, образующие его сбросную ветвь. После заполнения жидкостью всасывающей и сбросной ветвей сифон начинает функционировать вследствие того, что давление жидкости, определяемое разностью между атмосферным давлением и весом столба жидкости в соответствующей ветви, на входе всасывающей ветви выше давления на выходе сбросной ветви, так как вес столба жидкости всасывающей ветви меньше, чем сбросной. Под действием этого перепада давления жидкость из стакана 9 поднимается вверх по всасывающей ветви и вытекает вниз из осевого канал 6, являющегося выходом сбросной ветви, наружу кружки до ее полного опорожнения.
При возможном применении полезной модели в качестве учебно-демонстрационного пособия по физике в кружку, выполненную полностью из прозрачного материала, вливается подкрашенная жидкость, например чай.
В начале процесса налива происходит синхронное повышение уровня жидкости как в зазоре между цилиндрическими стенками емкости 1 и стакана 9 кольцевой полости 11, представляющей собой всасывающую ветвь сифона, так и в стакане 9, что наблюдается через стенку емкости 1 по подъему столба жидкости, имеющего насыщенный цвет.
При заливе жидкости в кружку выше метки допустимого налива 13 всасывающая ветвь сифона оказывается заполненной полностью и происходит заполнение его сбросной ветви, что видно по появлению жидкости во внутреннем канале 15 ручки 14, являющимся частью сбросной ветви сифона.
После заполнения жидкостью всасывающей и сбросной ветвей сифона начинает действовать сифонный эффект и происходит слив жидкости из осевого канала 6 сбросной ветви. При этом уровень жидкости во всасывающей ветви остается постоянным, а в стакане 9 он начинает падать по мере его опорожнения. Что можно наблюдать по снижению уровня жидкости насыщенного цвета в стакане 9 на более светлом фоне тонкого кольцевого слоя жидкости во всасывающей ветви сифона.
Процесс опорожнения кружки заканчивается после наблюдаемого во внутреннем канале 15 ручки 14 разрыва столба жидкости сбросной ветви сифона и прекращения после этого слива жидкости из ее осевого канала 6.
В дидактике большое внимание уделяется игре, как наиболее естественному виду деятельности, поэтому внесение игровых элементов при использовании данного учебно-демонстрационного пособия по физике позволяет повысить эффективность обучения за счет возможности самостоятельно понять и правильно объяснить на скорость принцип действия демонстрируемой полезной модели при закрытой вставке 19 с последующим наблюдением сифонного эффекта после ее удаления.
Следовательно, если при исполнении полезной модели в виде пособия-игрушки о сифонном эффекте свидетельствует только полное опорожнение кружки после перелива в ней жидкостью метки допустимого налива, то в варианте применения полезной модели в качестве учебно-демонстрационного пособия по физике, способствующего лучшему пониманию процессов, происходящих при работе сифона, имеется возможность наблюдать все фазы проявления сифонного эффекта.
Таким образом, полезная модель позволяет расширить дидактические возможности при ее применении в виде пособия-игрушки для развития нестандартного мышления и воображения, повышения внимания и приобретения чувства меры. При этом увеличена полезная емкость кружки.
Также расширены функциональные возможности полезной модели, позволяющие использовать ее в качестве учебно-демонстрационного пособия по физике, обеспечивающего конкретное представление о сифоне и его принципе действия.
Кроме того, размещение на стенке кружки вставки с художественным полиграфическим изображением и высокая занимательность пособия-игрушки позволят использовать полезную модель в качестве сувенира.
Литература
1. Патент на полезную модель RU 73597, МПК А47G 19/22, опубл. 27.05.2008.
2. Патент на полезную модель RU 124544, МПК A47G 19/22, опубл. 10.02.2013.
3. Патент на полезную модель RU 94425, МПК A45F 3/16, опубл. 27.05.2010
4. Авторское свидетельство СССР N1727150, МПК G09В 23/12, опубл. 15.04.1992.
5. Https://ru.wikipedia.org/wiki/Кружка_Пифагора.