УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ РАВНОВЕСИЯ ДВУХОПОРНОЙ БАЛКИ

Полезная модель относится к области образования, к средствам обучения в качестве технического средства обучения в ВУЗах, колледжах и других учебных заведениях, где изучается техническая механика.
Известно устройство для демонстрации равновесия двухопорной балки (Свидетельство на полезную модель RU 86030 МПК G09B 19/00. Устройство для демонстрации равновесия двух опорной балки. Несмиянов И.А., Хавронина В.Н., Хавронин В.П. Опубл. 20.08.2009.), содержащая жесткую балку, опирающуюся на станину посредством подвижного шарнира с одной стороны, а с другой стороны закрепленную в шарнире, выполненном в виде корпуса с цилиндрической поверхностью, в котором расположено два подшипника качения. На обоих шарнирах закреплены стрелки, показывающие направление реакций в опорах, на балке имеются зацепы, к которым прикрепляется стрелка, характеризующая направление активной силы.
Причинам, препятствующим достижению указанного технического результата является то, что устройство неработоспособно при направлении активной силы вверх и вправо, а также отсутствует возможность замера углов наклона реакции и силы к балке.
Задача, на решение которой направлена полезная модель -повышение наглядности и расширение демонстрационных возможностей.
Технический результат - расширение демонстрационных возможностей и возможность применения интерактивных технологий обучения.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для демонстрации равновесия двухопорной балки, содержащем балку опирающуюся на станину посредством подвижного шарнира, состоящего из двух подшипников качения с одной стороны, а с другой закрепленной в «неподвижном» шарнире, выполненном в виде корпуса с цилиндрической поверхностью, в котором расположены два подшипника качения, закрепленных в шарнирах стрелок, показывающих направление реакций в опорах, зацепов, к которым прикрепляется стрелка, характеризующая направление активной силы, корпус шарнира выполнен в виде полого цилиндра с прорезью, а в местах крепления стрелок, показывающих направление реакции и активной силы установлены шкалы для измерения углов.
На фиг.1 изображено устройство для демонстрации равновесия двухопорной балки, на фиг.2 - виды и разрезы.
Устройство состоит из станины 1 (фиг.1), в которой выполнена прорезь 2 и канавка 3. На станину опирается жесткая балка 4 с одной стороны посредством подвижного шарнира 5, состоящего из двух пар подшипников качения 6, 7. Причем, к шарниру 5 прикреплена двухсторонняя стрелка 8, показывающая возможное направление реакции в этом шарнире. С другой стороны балка 4 закреплена на станине в неподвижный шарнир 9 (теоретически). На самом деле для получения эффекта изменения направления полной реакции в неподвижном цилиндрическом шарнире его конструкция видоизменена и состоит из корпуса в виде полого цилиндра 10, в которой шарнир 9 имеет возможность совершать движение по дуге посредством пар подшипников 11 и 12. К шарниру 9 прикреплена стрелка 13, которая показывает направление реакции в этом шарнире. На балке 4 имеются зацепы 14, 15, 16, к которым прикрепляется стрелка 17, характеризующая направление активной силы, приложенной к балке. В корпусе 10 цилиндрического шарнира выполнена прорезь 18 (фиг.2), в которой свободно проходит балка 4, к станине 1 прикреплена планка 19, удерживающая пары подшипников 6 и 7 от смещения подвижного шарнира 5 вверх. На балке 4 в месте крепления шарнира 9 и месте зацепа активной силы 17 установлены шкалы для измерения углов 20 и 21 соответственно.
Устройство работает следующим образом. Для демонстрации теоремы достаточно повесить стрелку 17 к любому из зацепов 14, 15 или 16 и потянуть ее в любом направлении под небольшим углом, который можно фиксировать по шкале 21. Стрелка 8 всегда будет вертикальна, направление же реакции, вверх или вниз, будет зависит от того, куда направлена активная сила 17 - вниз или вверх соответственно, стрелка 13 направиться в точку пересечения линий, по которым направлены стрелки 8 и 17. Угол наклона стрелки 13 к балке фиксируется по шкале измерения углов 20. На основании данных углов со шкал 20 и 21, направления стрелок 17 и 13, а также при заданной величине силы 17 учащиеся строят силовой треугольник, из которого однозначно определяется направление реакции в шарнире 5 - вверх или вниз. Для большей точности демонстрации и наглядности стрелки 8, 13, 17 должны быть как можно длиннее. Для повышения точности измерений ось шарнира 9 должна проходить через геометрический центр цилиндрического корпуса 10, а при демонстрации шарниры 5 и 9 должны быть тщательно смазаны.
Применение такого демонстрационного устройства в качестве наглядного пособия на занятиях по теоретической механике при интерактивных способах обучения будет способствовать лучшему усвоению материала студентами.