УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВИЗУАЛИЗАЦИИ НАПРАВЛЕНИЯ РЕАКЦИЙ ДВУХОПОРНОЙ БАЛКИ

Полезная модель относится к области образования, к средствам обучения в качестве технического средства обучения в вузах, колледжах, где изучается теоретическая и прикладная 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 не позволяет демонстрировать направление проекций реакций на оси координат, к тому же при направлении активной силы вверх, устройство вообще не работоспособно.
Задача, на решение которой направлена полезная модель - повышение наглядности и расширение демонстрационных возможностей.
Технический результат - визуализация направлений проекций реакций в шарнирах двухопорной балки, при различных направлениях нагружающей балку силы.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для визуализации направления реакций двухопорной балки, к которой прикреплена стрелка, характеризующая направление активной силы, концы балки зажаты между подпружиненными кнопочными контактами, установленными в держателях, при этом перед балкой на станине установлен полупрозрачный экран, в котором в местах изображения реакций сделаны светопроводящие вставки, за которыми расположены секции светодиодов.
На фиг.1 изображен внешний вид устройства с лицевой стороны, на фиг.2 - крепление балки в станине (разрез Б-Б), на фиг.3 - электрическая принципиальная схема.
1
2
3
4
5
6
Устройство состоит из станины 1 (фиг.1, 2), к которой посредством крепежных уголков 2 прикреплен полупрозрачный экран 3. К станине 1 позади экрана 3 прикреплены держатели 4 балки 5, от выпадения из держателей 4 балка 5 удерживается пластинами 6 и 7, концы балки зажаты между подпружиненными кнопочными контактами S, S, S с правой стороны S, S, S с левой стороны, установленными в держателях 4. В середине балки 5 крепится ось 8, проходящая через отверстие экрана 2, на консольном конце оси 8 шарнирно установлена стрелка 9, характеризующая активную силу F, прикладываемую к балке 5. С лицевой стороны экрана 3 нанесено изображение расчетной схемы двухопорной балки, в точках крепления которой А и В изображены возможные варианты проекций реакций на координатные оси. В местах изображения реакций в полупрозрачном экране 3 сделаны вставки 10, 11, 12, 13, 14, 15 из светопроводящего пластика, с задней стороны экрана напротив светопроводящих вставок расположены секции светодиодов (фиг.3), соответственно напротив вставки 10 секция из светодиодов VD1, VD2, VD3, характеризующие реакцию Rb, направленную вверх, напротив вставки 11 - VD7, VD8, VD9, характеризующие реакцию Rb, направленную вниз, напротив вставки 12 - секция светодиодов VD4, VD5, VD6, характеризующая направленную вправо реакцию Ха, напротив вставки 13 - секция светодиодов - VD10, VD11, VD12, характеризующая направленную вниз реакцию Ya, напротив вставки 14 - секция светодиодов - VD13, VD14, VD15, характеризующая направленную влево реакцию Ха, напротив вставки 15 - секция светодиодов VD16, VD17, VD18, характеризующая направленную вверх реакцию Ya.
Для наглядности светодиоды VD1 - VD18 могут быть красного цвета.
Питание светодиодов осуществляется от источника постоянного тока напряжением 12 В через токоограничивающий резистор R. Каждая секция светодиодов включается своим контактом, подключение к которым осуществляется через разъемы X1, Х2, Х3, Х4…Х12.
Секция светодиодов VD1, VD2, VD3 включается контактом S1, секция VD4, VD5, VD6 - контактом S2, секция VD7, VD8, VD9 - контактом S3, секция VD10, VD11, VD12 - контактом S4, секция VD13, VD14, VD15 - контактом S5, секция VD16, VD17, VD18 - контактом S6.
Устройство работает следующим образом. При приложении к балке 5 вертикальной силы F, посредством приложения усилия к стрелке 9 вертикально вниз, балка 5 смещается вниз и пружины кнопочных контактов S3 и S4 сжимаются, тем самым замыкая контакты и включая секции светодиодов VD1 - VD3 и VD16 - VD18 соответственно. Свет от светодиодов VD1 - VD3 проходит через светопроводящую вставку 10, отображающую реакцию Rb, направленную вверх, и от светодиодов VD16 - VD18 через светопроводящую вставку 15, отображая направленную вверх реакцию Ya.
В случае приложения горизонтального усилия, когда стрелка F (стрелка 9) направлена горизонтально вправо, балка 8 смещается вправо, сжимая пружину кнопочного контакт S5, замыкая его. Включается секция светодиодов VD13 - VD15, свет от которых проходя через светопроводящую вставку 14, отображая тем самым реакцию Ха в шарнире А, направленную горизонтально влево. При приложении усилия F к стрелке 9 горизонтально влево устройство работает аналогично, но при этом замыкается контакт S2 и включается секция светодиодов VD4 - VD6, отображая реакцию Ха, направленную горизонтально вправо.
b
a
а
Если силу F к стрелке 9 приложить под каким-либо углом к балке 5, например, вверх и вправо, балка 5, смещаясь вверх, сжимает пружины кнопочных контактов S3 и S4, замыкая их, и от смещения балки 5 вправо замыкается контакт S2. Вследствие чего включаются секции светодиодов VD7 - VD9, VD10 - VD12 и VD13 - VD15, тем самым отображаются реакции R в опоре В, направленная вверх, реакция Y в шарнире А, направленная вверх и реакция Х, направленная влево.
Таким образом, устройство позволяет отображать направление проекций реакций в двухопорной балке при изучении равновесия плоской сходящейся и параллельной систем сил.