ВРАЩАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО

Предлагаемая полезная модель относится к области создания игрушек, а так же средств научно-технического досуга и может быть использована как наглядное пособие при демонстрации физических законов, в частности, движения, возникающего за счет взаимодействия электромагнитных полей, сил трения. Возможно проведение исследований крутящего момента, механической мощности и др.
Вращающееся устройство, смотри патент США, №5007877 кл.446-242 от 16 апреля 1991 года, содержащий волчок с обкатывающейся поверхностью в виде конца оси вращения и встроенного магнита. Волчок перемещается по рабочей поверхности, под которой расположен ждущий генератор с индуктивной нагрузкой и источник питания.
После первичного запуска волчок со встроенным магнитом проходит над ждущим генератором с индуктивной нагрузкой. В последней за счет ЭДС индукции наводится импульс, которым запускается ждущий генератор. Полярность импульса такова, что наведенное магнитное поле увеличивает скорость движения волчка. Таким образом, обеспечивается подкачка энергии в систему, что делает вращение волчка незатухающим.
Недостатком данного аналога является значительная сложность приборов измерения при проведении исследований сил трения и момента количества движений при перемещении волчка по рабочей поверхности и изменении частоты вращения. Объясняется это тем, что при использовании волчка в качестве наглядного пособия возникает необходимость в визуальном наблюдении изменения сил трения или момента количества движения. Это приводит к необходимости использования, например, стрелочного прибора, что ограничивает функциональные возможности волчка и усложняет конструкцию. Зрелищный эффект ограничен.
Недостатки указанного вращающегося устройства частично устранены в волчке, смотри патент России на полезную модель №40204, класс МКИ А 63 Н 1/02 от 16 марта 2004 года. Вращающееся устройство содержит основание с рабочей поверхностью, внутри которого помещен ждущий генератор с индуктивной нагрузкой и источником питания, волчок с
обкатывающейся поверхностью в виде конца оси вращения и встроенного магнита.
Отличием от аналога является то, что между рабочей поверхностью основания и обкатывающейся поверхностью волчка установлена выпукло-вогнутая линза, при этом радиус кривизны выпуклой поверхности линзы меньше радиуса кривизны рабочей поверхности основания.
Это позволяет улучшить конструкцию волчка и расширить функциональные возможности прибора и зрелищный эффект за счет визуального наблюдения вращающихся отдельных частей волчка в одном или разных направлениях.
Недостатком волчка является возникновение значительных сил трения между рабочей поверхностью основания и линзой, особенно при указанных ограничениях кривизны поверхностей, что приводит к необходимости увеличения мощности источника питания и ждущего генератора, снижению зрелищного эффекта.
Недостатки прототипа устраняются в предлагаемом вращающемся устройстве.
Предлагаемое изобретение поясняется чертежами.
Фиг.1 - чертеж вращающегося устройства.
Фиг.2 - чертеж места касания волчка с выпукло-вогнутой линзой.
Фиг.3 - чертеж вращающегося устройства с радиусом кривизны рабочей поверхности основания меньше радиуса кривизны выпуклой поверхности линзы.
Фиг.4 - чертеж вращающегося устройства с резервуаром на волчке и жидкой рабочей поверхностью.
На фигурах использованы следующие обозначения условных элементов:
1 - основание;
2 - рабочая поверхность;
3 - ждущий генератор;
4 - источник питания;
5 - выпукло-вогнутая линза;
6 - волчок;
7 - магнит;
8 - жидкость;
9 - резервуар.
Предлагаемое вращающееся устройство, смотри фиг.1, состоит из
основания 1 с рабочей поверхностью 2, в которой помещен ждущий генератор 3 и источник питания 4. На рабочей поверхности 2 установлена выпукло-вогнутая линза 5, а на ней установлен волчок б с магнитом 7. Существенным отличием от прототипа является наличие между рабочей поверхностью 2 и выпукло-вогнутой линзой 5 жидкости 8. Например, магнитной жидкости или масла.
Итак, смотри фиг.1, пусть волчок 6 первично приведен во вращение одним из известных способов и установлен на выпукло-вогнутую линзу 5. При прохождении магнита 7 над ждущим генератором 3, в последнем за счет ЭДС индукции наводится импульс, полярность которого такова, чтобы наведенное магнитное поле увеличило скорость вращения волчка 6.
При этом, за счет сил трения, передающихся от вращающегося волчка 6 и жидкости 8 приводится во вращение и выпукло-вогнутая линза 5. При разгоне и перемещении волчка 6 все время изменяется и скорость вращения выпукло-вогнутой линзы 5. Благодаря чему усиливается зрелищный эффект.
Однако выпукло-вогнутая линза 5при некоторых положениях волчка 6 может останавливаться и даже вращаться в обратном направлении по отношению к направлению вращения волчка 6. Объясняется это следующим, смотри фиг.2. Практически ось волчка 6 может достаточно долго при вращении не совпадать с осью выпукло-вогнутой линзы 5. И точка касания А волчка 6 может не лежать ни на одной из этих осей /на рисунке отклонение для наглядности значительно увеличено/. Точка касания А при вращении волчка 6 по часовой стрелке движется перпендикулярно к плоскости рисунка по направлению к читателю. В результате трения с жидкостью 8 волчок 6 увлекает во вращение выпукло-вогнутую линзу 5 против часовой стрелки. При переходе вращения выпукло-вогнутой линзы 5 от одного состояния к другому она на некоторое время останавливается. Когда точка касания А совпадает с осью вращения волчка 6, вращение выпукло-вогнутой линзы 5 и волчка 6 осуществляется в одном направлении.
При необходимости увеличения неустойчивого состояния волчка б и для проведения исследований в качестве жидкости 8 может быть использована магнитная жидкость. Так как магнитная жидкость притягивается к магнитам 7 волчка 6 возникает колебательный процесс, что увеличивает зрелищный эффект.
При использовании волчка 6 большей массы при перемещении его по поверхности выпукло-вогнутой линзы 5 возможно ее опрокидывание. Для исключения опрокидывания выпукло-вогнутая линза 5 может иметь ось вращения, а на рабочей поверхности 2 и в основании 1 может быть выполнено устройство крепления выпукло-вогнутой линзы 5.
Для большего зрелищного эффекта источник питания 4 может быть вынесен на видимое место, а в качестве источника могут быть использованы солнечные батареи.
В цепи источника питания 4 может быть установлен блок изменения напряжения, что позволит регулировать время разгона или замедления волчка 6, его покачиванию и другим зрелищным эффектам.
Вращающееся устройство может иметь радиус кривизны выпуклой поверхности линзы больше или меньше радиуса кривизны рабочей поверхности основания.
При радиусе кривизны выпуклой поверхности линзы 5, смотри фиг.3, больше радиуса кривизны рабочей поверхности 2 основания 1 вес волчка 6 может быть значительно увеличен, так как давление волчка 6 на основание 1 передается по линии касания, а не в одной точке.
Источник питания, как правило, постоянного тока не более 12 вольт для обеспечения безопасности обращения.
На фиг 4 показано вращающееся устройство, у которого рабочая поверхность 2 основания 1 - жидкость, а по внешней поверхности выпукло-вогнутой линзы 5 выполнен резервуар 9 с устройством регулирования веса. В качестве жидкости 8 используется рабочая поверхность 2.
Изменяя вес резервуара 9, например, заполнением водой, можно регулировать глубину погружения выпукло-вогнутой линзы 5, а, следовательно, и волчка 6, что позволит использовать один ждущий генератор 3 с разными весовыми параметрами волчка 6.
При применении описанной конструкции желательно использование магнитной жидкости в качестве жидкости 8, так как она не будет загрязнять вращающееся устройство.
Место касания волчка 6 может быть не острый конец, а сфера радиусом не менее половины диаметра оси волчка, что позволит более частому изменению направления вращения волчка 6.
Для большего зрелищного эффекта выпукло-вогнутая линза 5 может быть выполнена из прозрачного стекла и на ее поверхности, а так же и на рабочей поверхности 2 могут быть нанесены стробоскопические риски, узоры и т.д. Полюса магнита 7 волчка 6 могут быть расположены как вдоль, так и поперек оси вращения волчка 6. При этом число полюсов магнита 7 должно выбираться с учетом зрелищного эффекта.
Практически для изготовления рабочей поверхности 2 и выпукло-вогнутой линзы 5 лучше использовать очковые линзы +0.25-0.5 диоптрии и +3-6диоптрий соответственно. Рабочая поверхность 2 может быть и бесконечным радиусом кривизны - плоскость, однако при большой массе волчка 6 он может сдвинуть выпукло-вогнутую линзу 5 в сторону от ждущего генератора 3.
Использование жидкости приводит к значительному снижению коэффициента трения, расширяются функциональные возможности вращающегося устройства. Снижение сил трения позволяет выпукло-вогнутой линзе реагировать на самые незначительные колебания оси вращения волчка.
Так как при перемещении волчка по рабочей поверхности, изменении частоты вращения линза в момент вращения реагирует своим поворотом в одном или другом направлениях отпадает необходимость в наличии визуальных приборов. Это позволяет упростить конструкцию демонстрационного прибора. Кроме этого использование линзы позволяет расширить функциональные возможности устройства, а именно использовать его не как игрушку, но и как наглядное пособие - физический прибор для демонстрации сил трения и момента количества движения различных тел и материалов. Возможно проведение исследований различных магнитных жидкостей, используемых не только в качестве смазывающих материалов, но и герметизирующих, вакуумных и других.
Таким образом показано, что совокупность существенных признаков предлагаемого вращающегося устройства обеспечивает получение требуемого технического результата.