Дубинка

Полезная модель относится к дубинкам и преимущественно может быть использована полицейскими и сотрудниками служб охраны общественного порядка для обороны при нападении нарушителей или наведении порядка. Кроме того, предлагаемая конструкция может быть использована в игровых видах спорта, в которых требуется нанесение удара - бейсбол, крикет, лапта, хоккей, поло.
Известна телескопическая дубинка с изменяемым весом, которая может быть использована сотрудниками правоохранительных органов или для самозащиты (US 7044858 [1]). Дубинка содержит рукоятку и складывающийся полый корпус из нескольких секций. При транспортировке или ношении все секции смещаются в рукоятку и выдвигаются при приведении в рабочее состояние. В концевой секции предусмотрено размещение одного или нескольких грузиков, поджимаемых пружиной к торцу рабочего конца. Варьируя число грузиков можно изменять вес дубинки. По мысли авторов, это обеспечивает повышение эффективности дубинки (нанесение максимального урона) при одной и той же кинетической энергии дубинки, которую придает ей пользователь. Недостатком известной конструкции является необходимость приложения значительной мускульной силы для нанесения удара с высокой скоростью перемещения дубинки. Это обусловлено тем, что в процессе нанесения удара конец дубинки описывает дугу и на грузики действует центробежная сила сила F, равная F=mv2/R, здесь m - масса грузика, v - скорость дубинки R - радиус кривизны траектории дубинки. Понятно, что сила удара в этом случае ограничена мощностью пользователя.
Известна дубинка, содержащая рукоятку с защищающим руку кольцом, образующая вместе с рабочей частью общий полый корпус, внутри которого размещается перемещающаяся масса в виде песка или жидкости (CN 201016644 [2]). В момент замаха масса находится в рукоятке и не влияет на разгон дубинки в начале нанесения удара, но перемещаясь под воздействием центробежной силы в концевую часть корпуса, позволяет, по мнению автора, увеличить силу удара. Недостатком известного устройства является использование в качестве перемещающейся массы песка или жидкости, а также и те, что присущи предыдущему устройству, описанному выше. В процессе нанесения удара конец дубинки описывает дугу и на грузики действует центробежная сила сила F, равная F=mv2/R, здесь m - масса грузика, v - скорость дубинки R - радиус кривизны траектории дубинки и сила удара в этом случае ограничена мощностью пользователя.
Известна дубинка, содержащая рукоятку и соединенный с ней корпус, внутри которого, в полом дистальном конце размещается перемещающаяся масса в виде металлической дроби (US 2002155894[3]). Наличие этой массы позволяет продлить время контакта с местом нанесения удара, что повышает эффект воздействия на мышцы нарушителя, по которым наносится удар и предотвратить отскок дубинки. Недостатком известного устройства является, как указывалось ранее, то, что сила удара ограничена мощностью пользователя.
Наиболее близкой к заявляемой является дубинка известная из описания к US 2008234053 [4]. Дубинка представляет собой несколько соединенных резьбой полых секций, в каждой из которых, кроме первой, может быть размещен подпружиненный грузик цилиндрической формы. Варьируя число секций можно изменять рабочую длину дубинки, а изменяя число грузиков от одного до нескольких можно изменять вес дубинки. При этом для изменения скорости вращательного движения дубинки можно устанавливать грузики или ближе к рукоятке или ближе к дистальному концу. Если желательно увеличение скорости нанесения удара, то грузики устанавливают в секциях ближе к рукоятке. Если желательно увеличить силу удара, то грузики размещают в секциях поражающего конца дубинки.
Недостатком известной конструкции дубинки является то, что она не позволяет изменять скорость нанесения удара непосредственно в момент его осуществления. Для изменения скорости надо разбирать дубинку, раскручивая ее на секции и менять местоположение секций с грузиками.
Заявляемая дубинка направлена на обеспечение возможности изменения скорости нанесения удара непосредственно в момент его осуществления за счет подвода энергии от дополнительного источника.
Указанный результат достигается тем, что дубинка, содержит рукоятку и соединенный с ней полый корпус, внутри которого размещен грузик. При этом грузик снабжен средством его принудительного перемещения к рукоятке, снабженным средством включения перемещения и средством возврата грузика в исходное состояние.
Указанный результат достигается так же тем, что средство перемещения грузика к рукоятке выполнено в виде соединенной с ним спиральной пружины, размещенной в рукоятке, а средство включения перемещения в виде рычага, высвобождающего растянутую в рукоятке спиральную пружину.
Указанный результат достигается так же тем, что средство возврата грузика в исходное состояние выполнено в виде соединенной с ним спиральной пружины, второй конец которой закреплен в торце полого корпуса дубинки.
Указанный результат достигается так же тем, что средство смещения грузика к рукоятке выполнено в виде соединенного с ним сердечника электромагнитного реле, размещенного вместе с источником тока в рукоятке, а средство включения перемещения в виде выключателя, установленного между электромагнитным реле и источником тока в рукоятке.
Указанный результат достигается так же тем, что грузик выполнен в виде сердечника соленоида, размещенного в полом корпусе, а средство включения перемещения в виде выключателя, установленного между соленоидом и источником тока в рукоятке.
Отличительными признаками заявляемой дубинки являются:
- грузик снабжен средством его принудительного перемещения к рукоятке;
- средство его принудительного перемещения к рукоятке снабжено средством включения перемещения;
- дубинка снабжена средством возврата грузика в исходное состояние;
- средство перемещения грузика к рукоятке выполнено в виде соединенной с ним спиральной пружины, размещенной в рукоятке, а средство включения перемещения в виде рычага, высвобождающего растянутую в рукоятке спиральную пружину;
- средство возврата грузика в исходное состояние выполнено в виде соединенной с ним спиральной пружины, второй конец которой закреплен в торце полого корпуса дубинки;
- средство смещения грузика к рукоятке выполнено в виде соединенного с ним сердечника электромагнитного реле, размещенного вместе с источником тока в рукоятке, а средство включения перемещения в виде выключателя, установленного между электромагнитным реле и источником тока в рукоятке;
- грузик выполнен в виде сердечника соленоида, размещенного в полом корпусе, а средство включения перемещения в виде выключателя, установленного между соленоидом и источником тока в рукоятке.
Снабжение грузика средством его перемещения к рукоятке и включением его в нужный момент позволяет обеспечить перемещение грузиков к рукоятке дубинки, что приведет к уменьшению момента инерции дубинки и тем самым к увеличению скорости конца дубинки. Это с очевидностью следует из закона изменения момента количества движения твердого тела (см. Л.Д. Ландау, Е.Е. Лившиц «Теоретическая механика»):
здесь  - момент силы, в нашем случае с которой пользователь действует на дубинку, Y - момент инерции дубинки, - угловое ускорение конца дубинки. Для каждого конкретного пользователя  = const, таким образом, уменьшая Y в процессе разгона дубинки можно увеличить  и соответственно, скорость дубинки. Перемещение грузиков к ручке дубинки во время разгона, как раз и приводит к уменьшению Y, т.к. Y~m R2, где m - масса дубинки, R - расстояние от центра масс до кончика ручки, которое уменьшается при движении грузика к ручке. Снабжение грузика средством его перемещения к концу дубинки позволяет вернуть грузик к концу дубинки после совершения удара или при необходимости утяжелить конец.
Эффект от использования дубинки можно объяснить не только с точки зрения механики, но и с точки зрения закона сохранения энергии. В момент разгона дубинки на грузик внутри дубинки действует центробежная сила F
гр
здесь m - масса грузика, V - скорость дубинки, r - радиус кривизны траектории дубинки. Заранее растянутая пружина или соленоид при подаче на него напряжения производят работу А против центробежной силы по перемещению грузика на расстояние S по направлению к рукоятке дубинки
По закону сохранения энергии эта энергия переходит в дополнительную кинетическую энергию дубинки
где m - масса дубинки, ΔV - приращение скорости. К тому же эта дополнительная энергия равна
где Р - мощность источника энергии(заранее растянутая пружина или соленоид с батарейкой), Δt - время разгона дубинки, то есть:
гр
Задавшись разумными параметрами: m=0.1 кг; V=10 метров в секунду; r=1 метр; S=0,05 метра; m=0.5 кг; Δt=0.1 сек. легко получить, что при этих параметрах скорость дубинки возрастает приблизительно на 20% при весьма малых значениях потребляемой мощности, порядка десятков ватт.
Средство для смещения грузика к рукоятке может быть выполнено в различных вариантах. Например в частных случаях может быть в виде соединенной с ним непосредственно или посредством тяги, спиральной пружины, размещенной в рукоятке или в виде соединенного с грузиком непосредственно или с помощью тяги сердечника электромагнитного реле, размещенного вместе с источником тока в рукоятке. Соответственно средство, запускающее перемещение грузика к рукоятке может быть выполнено в виде рычага, высвобождающего растянутую в рукоятке спиральную пружину или в виде выключателя, установленного между электромагнитным реле и источником тока в рукоятке. Так же и средство перемещения грузика в исходное состояние (в сторону конца дубинки) может быть выполнено в различных вариантах. Это могут быть спиральные пружины, резиновые тяжи, сердечники электромагнитных реле, соединенных проводниками с источником тока, размещенным с в рукоятке.
Сущность заявляемой дубинки поясняется примерами реализации и графическими изображениями. На фиг. 1 представлен схематично в разрезе вариант реализации дубинки с использованием спиральной пружины в качестве средства принудительного перемещения грузика к рукоятке. На фиг. 2 представлен схематично в разрезе вариант реализации дубинки с использованием электромагнитного реле в качестве средства принудительного перемещения грузика к рукоятке. На фиг. 3 представлен схематично в разрезе вариант реализации дубинки с использованием сердечника соленоида в качестве перемещаемого грузика.
Пример 1
Дубинка содержит полый корпус 1, один из концов которой выполняет функцию рукоятки 2. В полом корпусе размещается перемещаемый грузик 3, который с помощью тяги 4 соединен со средством его принудительного перемещения к рукоятке, выполненным в виде спиральной пружины 5, размещенной в рукоятке. Дубинка снабжена средством, запускающим перемещение грузика к рукоятке 6 выполненным в виде рычага, высвобождающего растянутую в рукоятке спиральную пружину. К грузику присоединено средство его возврата в исходное состояние 7, выполненное в виде спиральной пружины или резинового тяжа, второй которого соединен с торцом рабочего конца дубинки.
Дубинка используется следующим образом.
В первоначальном положении пружина 5 (фиг. 1) находится в растянутом виде и зафиксирована с помощью рычага 6. После замаха дубинкой, в процессе ее разгона пользователь нажимает на рычаг 6, пружина 5 сжимается, грузик 3 с помощью тяги 4 перемещается к ручке дубинки, момент инерции дубинки уменьшается, а скорость увеличивается. Таким образом, энергия пружины переходит в кинетическую энергию дубинки. После удара пружина опять растягивается пользователем и с помощью рычага 6 фиксируется, а грузик 3 пружиной (или тяжем) 7 возвращается в первоначальное положение и дубинка готова к следующему удару.
Пример 2.
Дубинка содержит полый корпус 1, один из концов которой выполняет функцию рукоятки 2. В полом корпусе размещается перемещаемый грузик 3, который с помощью тяги 4 соединен со средством его принудительного перемещения к рукоятке, выполненным в виде сердечника 8 электромагнитного реле 9. Дубинка снабжена средством, запускающим перемещение грузика к рукоятке 2 выполненным в виде выключателя 10, установленного между электромагнитным реле 9 и источником тока 11 в рукоятке 2. К грузику присоединено средство его возврата в исходное состояние 7, выполненное в виде спиральной пружины или резинового тяжа, второй которого соединен с торцом рабочего конца дубинки
Дубинка используется следующим образом.
После замаха, в процессе разгона дубинки пользователь нажимает кнопку (выключатель) 10, напряжение подается от источника тока 11 на электромагнитное реле 9, сердечник которого втягивается по направлению к рукоятке. Грузик 3 с помощью тяги 4 смещается к рукоятке, что приводит к уменьшению момента инерции дубинки и соответственно к увеличению ее скорости, т.е. электрическая энергия источника тока (батарейки или аккумулятора) переходит в кинетическую энергию дубинки. После удара пользователь перестает нажимать на выключатель 10, реле 9 обесточивается, сердечник 8 с помощью пружины (или тяжа) 7 возвращается в первоначальное положение и дубинка готова к следующему удару.
Пример 3.
Дубинка содержит полый корпус 1, один из концов которой выполняет функцию рукоятки 2. В полом корпусе размещается соленоид 12, сердечник 13 которого выполняет функцию перемещаемого грузика. Дубинка снабжена средством, запускающим перемещение грузика к рукоятке 2 выполненным в виде выключателя 10, установленного между соленоидом 12 и источником тока 11 в рукоятке 2.
Дубинка используется следующим образом.
После замаха, в процессе разгона дубинки пользователь нажимает кнопку (выключатель) 10, напряжение подается от источника тока 11 на соленоид 12, сердечник 13 которого втягивается по направлению к рукоятке, что приводит к уменьшению момента инерции дубинки и соответственно к увеличению ее скорости, т.е. электрическая энергия источника тока (батарейки или аккумулятора) переходит в кинетическую энергию дубинки. После удара пользователь перестает нажимать на выключатель 10, соленоид 12 обесточивается, сердечник 13 с помощью пружины (или тяжа) 7 возвращается в первоначальное положение и дубинка готова к следующему удару.