УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕАКЦИИ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ШАРНИРА ПРИ НАЛИЧИИ НИТИ-СВЯЗИ

Устройство относится к наглядным учебным пособиям и может найти применение в учебных лабораториях по теоретической механике.
Известно устройство для исследования реакции вращательного шарнира [1], состоящее из станины, стержня, соединенного вращательным шарниром со станиной и опирающегося на неподвижную остроконечную опору, которая выполнена в виде телескопической стойки прямоугольного сечения с возможностью фиксирования нужной высоты, основание которой расположено в направляющем пазу станины, выполненного перпендикулярно геометрической оси вращательного шарнира, с возможностью перемещения его вдоль паза и жесткого закрепления в нужном положении с помощью резьбовых крепежных элементов.
Основной недостаток известного устройства заключается в том, что оно не позволяет определять реакцию вращательного шарнира при наличии нити-связи с изменяемым направлением ее действия.
Задача, на решение которой направлена полезная модель и технический результат от ее использования, заключается в расширении диапазона возможностей устройства, т.е. для исследования разных направлений и соответствующих величин реакций вращательного шарнира, соединяющего станину со стержнем, при наличии нити-связи у стержня с изменяемым направлением ее действия.
Технический результат достигается тем, что стержень выполнен легким (невесомым) и к его концу прикреплена нить с грузом на конце, перекинутая через блок, шарнирно закрепленный на опоре, выполненной в виде телескопической стойки прямоугольного сечения с возможностью фиксирования нужной высоты, основание которой расположено в том же
направляющем пазу станины, что и основание остроконечной опоры и прикрепленной к станине с помощью резьбовых крепежных элементов.
Такое исполнение предлагаемого устройства позволяет, во-первых, исследовать реакцию вращательного шарнира уже не с учетом собственного веса (стержень стал невесомым), а с учетом изменяемого направления реакции нити-связи по отношению к стержню. Во-вторых, наглядно показать свойство нити-связи передавать приложенное к ней усилие вдоль сомой себя при изменении своего направления, т.е. при огибании блока.
На фиг.1 представлена схема предлагаемого устройства.
Устройство состоит из станины 1, стержня 2, соединенного вращательным шарниром со станиной. Стержень 2 упирается в остроконечную опору, представляющую собой телескопическую стойку 3 прямоугольного сечения с возможностью фиксирования нужной высоты. Основание стойки 3 расположено в направляющем пазу станины 1, выполненного перпендикулярно геометрической оси вращательного шарнира, с возможностью перемещения вдоль паза и жесткого закрепления в нужном положении с помощью резьбовых крепежных элементов. Стержень 2 выполнен легким (невесомым) и к его концу прикреплена нить 4, перекинутая через блок 5. К концу нити прикреплен груз 6. Блок 5 шарнирно закреплен на опоре 7, выполненной в виде телескопической стойки прямоугольного сечения с возможностью фиксирования нужной высоты, основание которой расположено в том же направляющем пазу станины 1, что и основание остроконечной опоры 3, и прикреплено к станине с помощью резьбовых крепежных элементов.
Устройство работает следующим образом.
При невесомом стержне 2 на него сила веса уже не действует, а действует реакция нити, т.е. силовой треугольник будут составлять три силы: реакция нити , реакция остроконечной опоры  в точке В и реакция  шарнира А. При изменении высоты телескопической стойки 3 изменяется и положение точки В касания круглого стержня 2 с остроконечной опорой или линии касания при прямоугольной форме сечения стержня. Вместе с этим
изменяется направление и величина реакции связи вращательного шарнира в соответствии с известной теоремой о трех силах. Кроме того, положение точки (линии) В касания можно изменять перемещением основания стойки 3 вдоль паза, расположенного в станине 1, и закреплением ее в нужном положении. И, наконец, положение точки (линии) касания можно изменять как изменением высоты стойки 3, так и перемещением основания этой стойки вдоль паза и закреплением ее в нужном положении.
Положение нити 4 относительно стержня 2 регулируют изменением высоты телескопической стойки 7 с блоком 5 и перемещением основания стойки 7 вдоль паза станины 1 и закреплением его в нужном положении. Устройство, кроме того, наглядно демонстрирует способность нити передавать усилие (вес груза) , приложенное к ее концу, вдоль самой себя и придавать ему любое направление с помощью блока 5.
Таким образом, предлагаемое устройство обладает возможностью демонстрации огромного количества вариантов сочетаний как углов наклона стержня, положений точек касания стержня с остроконечной опорой, так и углов наклона нити-связи по отношению к стержню. Кроме того, устройство наглядно демонстрирует способность нити передавать усилие, приложенное к ней, вдоль самой себя.
ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. Решение о выдаче патента на полезную модель «Устройство для исследования реакции вращательного шарнира» по заявке №2004102421/20 (002583) от 19.02.2004 г.