МЕХАНИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЦИКЛОТРОННОГО ДВИЖЕНИЯ - СТАБИЛИЗИРОВАННЫЙ РОТАТОР
MECHANICAL MODEL OF CYCLOTRON MOTION (STABILIZED ROTATOR)

Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к научным моделям в физике.
Уровень техники
В уровне техники аналогов не обнаружено.
Считается, что при циклотронном движении полная энергия равна кинетической, а потенциальной энергии нет (см. Блохинцев Д.И. Основы квантовой механики. М.: Наука, 1976, с. 244).
Раскрытие изобретения
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении возможности наглядного исследования циклотронного движения на его механической модели, в частности, обоснование наличия потенциальной энергии при циклотронном движении.
Технический результат заключается в неизменности частоты вращения груза вне зависимости от его кинетической энергии.
Технический результат обеспечивается следующей совокупностью признаков.
Механическая модель циклотронного движения - стабилизированный ротатор, отличающаяся тем, что она содержит вал, груз и упругий элемент с возможностью деформации, равной расстоянию центра масс груза от оси вала.
Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, и технический результат взаимосвязаны следующим образом.
Неизменность частоты вращения груза вне зависимости от его кинетической энергии обеспечивает возможность наглядного исследования циклотронного движения на его механической модели, в частности, обоснование наличия потенциальной энергии при циклотронном движении.
На чертеже изображена схема механической модели циклотронного движения - стабилизированного ротатора.
Осуществление изобретения
Изобретение может быть осуществлено следующим образом.
Механическая модель циклотронного движения - стабилизированный ротатор содержит вал, груз и упругий элемент с возможностью деформации, равной расстоянию центра масс груза от оси вала.
Таким образом, назначение изобретения - применение его в качестве механической модели циклотронного движения - стабилизированного ротатора - реализуется.
Сведения, подтверждающие возможность получения при осуществлении изобретения технического результата (причинно-следственная связь существенных признаков с указанным техническим результатом), состоят в следующем.
Оснащение механической модели циклотронного движения - стабилизированного ротатора валом, грузом и упругим элементом с возможностью деформации, равной расстоянию центра масс груза от оси вала обеспечивает неизменность частоты вращения груза вне зависимости от его кинетической энергии.
Следовательно, совокупность существенных признаков достаточна для достижения обеспечиваемого изобретением технического результата.
Описание механической модели циклотронного движения - стабилизированного ротатора
Механическая модель циклотронного движения - стабилизированный ротатор содержит вал 1, груз 2 и упругий элемент 3 с возможностью деформации, равной расстоянию центра масс груза 2 от оси вала 1. Упругий элемент 3 состоит из двух параллельных частей и соединен с грузом посредством стержней.
Механическая модель циклотронного движения - стабилизированного ротатора работает следующим образом
Циклотронное движение характеризуется постоянством частоты вращения электрона. Действительно, баланс сил, скорость и частота равны
Частота вращения фиксирована.
Механическая модель математически изоморфна циклотронному движению.
При вращении на груз 2 действует центробежная сила, которая деформирует упругий элемент 3. Очевидным образом величина деформации равна расстоянию центра масс груза 2 от оси вала 1
r=Δх.
Баланс сил:
Отсюда
Частота вращения тоже фиксирована. Поэтому механическая модель адекватна циклотронному движению. (Частота вращения замечательным образом совпадает с собственной частотой колебаний маятника с идентичными параметрами).
Помимо кинетической энергии механическая модель циклотронного движения - стабилизированный ротатор обладает и потенциальной энергией. Это является обоснованием и наглядной демонстрацией наличия потенциальной энергии при циклотронном движении.
Постоянство частоты вращения механической модели и циклотронного движения - стабилизированного ротатора взаимообусловлена равенством ее кинетической и потенциальной энергий. Действительно, из (1) следует
Упругий элемент 3 может быть выполнен в виде плоской спиральной (рулеточной) пружины и соединен с грузом посредством рулеточного троса, навитого по плоской спирали вокруг пружины.
Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает возможность наглядного исследования циклотронного движения на его механической модели, в частности, обоснования наличия потенциальной энергии при циклотронном движении.
Эффективность предлагаемого устройства обусловливается неизменностью частоты вращения груза вне зависимости от его кинетической энергии.