УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ЯВЛЕНИЙ, ВЫЗВАННЫХ ВНЕШНИМ ПЕРИОДИЧЕСКИМ ВОЗДЕЙСТВИЕМ НА ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ КОЛЕБАТЕЛЬНОЙ МЕХАНИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

Область техники
Заявленная полезная модель относится к установкам для наглядных демонстраций и исследований по физике, и может быть использована для проведения лабораторных работ и опытов по изучению колебательного движения, вызванного внешним воздействием.
Уровень техники
Из существующего уровня техники известно устройство для моделирования параметрических колебаний (патент RU 2087211 С1, "Устройство для моделирования параметрических колебаний", Кузнецов H.П. ,G01M 7/02, 1997.08.20), с его помощью возможно моделировать параметрические колебания в рычажной колебательной системе. Недостатками данного устройства являются большие габариты и потребность в сторонних устройствах.
Также из уровня техники известен учебный прибор, для демонстрации явлений нелинейного колебательного движения, позволяющий моделировать эффект параметрического резонанса (патент RU 2658788 C1 "Способ и устройство для демонстрации и исследования движения ансамбля математических маятников при продольных колебаниях его подвеса", Кротов С.С., G09B 23/06, 2018.06.22). Недостатками данного устройства являются сложная конструкция и наличие хрупких элементов, выполненных из стекла, что сказывается на удобстве эксплуатации.
Раскрытие полезной модели
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в создании простой, малогабаритной установки, позволяющей демонстрировать явление параметрического резонанса, исследовать колебание математического маятника при периодическом изменении длины его подвеса, измерять угол отклонения этого маятника, для последующей обработки полученных данных при постановке опытов в учебных заведениях.
Данная задача решается за счет наличия в установке управляемого микроконтроллером шагового двигателя, который осуществляет поворот вала вокруг собственной оси, выполняя попеременное наматывание нити маятника на вал и ее сматывание, вследствие чего длина подвеса маятника изменяется по периодическому закону. Закрепленный на спице и отклоняющийся вместе с маятником датчик угла служит для измерения угла отклонения маятника от положения равновесия и передачи результатов измерений на микроконтроллер. Таким образом, установка позволяет демонстрировать явления, вызванные внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы.
Результатом, который обеспечивается приведенной совокупностью признаков, является расширение демонстрационных возможностей, удобство и простота установки для проведения лабораторных работ, связанных с механическими колебаниями, что весьма важно для учебных заведений, где в опытах участвуют как преподаватели, так и студенты.
Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется чертежами. Чертежи представлены в объеме, достаточном для понимания полезной модели специалистами, и ни в какой мере не ограничивают объема полезной модели.
На фиг. 1 изображена установка для демонстрации явлений вызванных внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы.
На фиг. 2 изображен блок управления 7.
Осуществление полезной модели
Установка для демонстрации явлений, вызванных внешним периодическим воздействием на энергетические параметры колебательной механической системы, включает в себя математический маятник 1, подвешенный на вал 2. Нить маятника переброшена через спицу 3, ограничивающую перемещение точки подвеса маятника. На спице закреплен отклоняющийся вместе с маятником, датчик угла 4, измеряющий угол отклонения маятника от положения равновесия. Результаты измерений, передаются по проводам на микроконтроллер 6. Вал жестко связан с ротором шагового двигателя 5, задающего угол поворота вала вокруг собственной оси. Шаговый двигатель посредством проводов соединен электрически с микроконтроллером и управляется им. Шаговый двигатель и микроконтроллер расположены внутри блока управления 7. Вся конструкция устойчиво удерживается на раме 8.
Установка работает следующим образом: математический маятник, отклоняясь от вертикали, совершает свободные колебания. Датчик угла регистрирует угол отклонения маятника. Микроконтроллер посредством ротора шагового двигателя управляет наматыванием нити маятника на вал, уменьшая длину его подвеса при движении маятника к положению равновесия и увеличивая его длину при отклонении от положения равновесия. Таким образом, обеспечивается увеличение амплитуды колебаний математического маятника, демонстрирующее явление резонанса.
Достоинством предлагаемой установки является измерение угла отклонения математического маятника от положения равновесия, возможность управления движением маятника с помощью управления его длиной подвеса, а также простота конструкции и ее малые габариты. Демонстрационные возможности установки могут быть использованы для проведения лабораторных работ при изучении механических колебаний, например при построении графика зависимости угла отклонения маятника от времени.