УСТАНОВКА ДЛЯ ДЕМОНСТРАЦИИ ПОДЪЕМА ГРУЗА ГРАВИТАЦИОННЫМИ СИЛАМИ

Полезная модель относится к области технических средств обучения и может быть использована в качестве наглядного пособия для демонстрации обучаемым технической возможности преобразования практически неисчерпаемой гравитационной энергии Земли в механическую энергию поднятого рабочего тела с одновременным побуждением у обучаемых мотивации к разработке способов механизации, автоматизации, компьютеризации и роботизации технологического процесса наблюдаемого подъема груза гравитационными силами.
Из уровня техники известно устройство для дидактического развития обучаемых, содержащее круги разного диаметра с отверстиями в центре и с удерживающим стержнем, указательные стрелки и карточки с учебной информацией (патент RU 51773 на полезную модель, МПК G09B 1/10, 2005 г.), которое позволяет расширить арсенал обучающих средств для самостоятельной работы обучаемых над учебной информацией и развить умение логического мышления.
Недостаток известного устройства состоит в его ограниченных дидактических возможностях обучать тому, что заранее известно и отображено на карточках с учебной информацией, техническая фантазия у обучаемых, направленная на обеспечение человечества неиссякаемой энергией слабо побуждается.
Наиболее близким известным техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является установка для демонстрации подъема груза с помощью гравитационной силы, содержащая упор, рычаг с точкой опоры и грузами, установленными на его концах (Теория механизмов и машин. Учеб. для вузов / К.В. Фролов, С.А. Попов и др., Под ред. К.В. Фролова. - 4-е изд., испр. - М.: Высш. шк., 2003. - 496 с, С. 192, рис. 7.3). За счет гравитационной силы поднимается относительно точки опоры один груз большой массы другим грузом с меньшей массой при соответствующем выборе соотношения длин плеч рычага.
Недостаток прототипа заключается в том, что высота подъема груза, поднятого гравитационной силой, мала и не превышает длины плеча рычага, что снижает достоверность демонстрации функциональной возможности рычажной установки использовать неиссякаемую гравитационную энергию Земли для подъема груза с последующим преобразованием полученной потенциальной энергии поднятого груза в другие виды энергий.
Задачей полезной модели является повышение достоверности демонстрации технической возможности преобразования гравитационной энергии Земли в механическую энергию поднятого рабочего тела (двух грузов одинаковой массы) путем поочередного рычажного поворота грузов относительно точки опоры с помощью съемного Г-образного рычага с возможностью изменения конфигурации его концов и подъема точки опоры съемного Г-образного рычага по завершению каждого цикла поворота грузов.
Технический результат полезной модели состоит в расширении функциональных возможностей рычажной установки по подъему груза гравитационными силами.
Сущность полезной модели заключается в том, что, кроме известных и общих существенных отличительных признаков, а именно: упора, рычага с точкой опоры и грузами, установленными на его концах, предлагаемая установка для демонстрации подъема груза гравитационными силами содержит удерживающие нити каждого груза, связанные между собой, и вертикальную последовательность зафиксированных точек опоры, при этом рычаг выполнен съемным Г-образной формы с фиксатором прямого угла изгиба на одном конце и с шарнирным изгибом на другом конце, длина изгиба съемного Г-образного рычага не превышает расстояния смещения точки опоры съемного Г-образного рычага относительно его центра в направлении от изгиба, с возможностью циклической фиксации прямого угла изгиба съемного Г-образного рычага при нахождении его в горизонтальном положении во время поворота относительно точки опоры, фиксации грузов с помощью удерживающих их нитей при нахождении съемного Г-образного рычага в положении равновесия относительно точки опоры, и с возможностью взаимной замены концов съемного Г-образного рычага один на другой в зафиксированном положении грузов с подъемом на одну ступень выше вертикальной последовательности зафиксированных точек опоры.
Новым в полезной модели является то, что предлагаемая установка для демонстрации подъема груза гравитационными силами содержит удерживающие нити каждого груза, связанные между собой, и вертикальную последовательность зафиксированных точек опоры, при этом рычаг выполнен съемным Г-образной формы с фиксатором прямого угла изгиба на одном конце и с шарнирным изгибом на другом конце, длина изгиба съемного Г-образного рычага не превышает расстояния смещения точки опоры съемного Г-образного рычага относительно его центра в направлении от изгиба, с возможностью циклической фиксации прямого угла изгиба съемного Г-образного рычага при нахождении его в горизонтальном положении во время поворота относительно точки опоры, фиксации грузов с помощью удерживающих их нитей при нахождении съемного Г-образного рычага в положении равновесия относительно точки опоры, и с возможностью взаимной замены концов съемного Г-образного рычага один на другой в зафиксированном положении грузов с подъемом выше на одну ступень вертикальной последовательности зафиксированных точек опоры, что обеспечивает повышение достоверности демонстрации технической возможности преобразования гравитационной энергии Земли в механическую энергию поднятого рабочего тела.
Внешний вид предлагаемой установки для демонстрации подъема груза гравитационными силами представлен на фиг. 1, последовательность действий над съемным Г-образным рычагом проиллюстрирована на фиг. 2. На фиг. 1 обозначено:
1 и 2 - блоки для удерживания рабочих тел (грузов с одинаковой массой) с помощью удерживающей нити;
3 - удерживающая нить, используемая для удерживания рабочих тел и отклонения их в вертикальное положение;
4 - механизм уменьшения длины удерживающей нити по мере подъема точки опоры схемного Г-образного рычага;
5 - вертикальная последовательность зафиксированных точек опоры для съемного Г-образного рычага;
6 - съемный Г-образный рычаг с отверстиями для установки с помощью их точки опоры и для размещения на его одном конце одного груза непосредственно и на другом конце другого груза с помощью шарнира и изгиба соответственно;
7 - шарнир для подсоединения изгиба съемного Г- образного рычага;
8 - изгиб съемного Г-образного рычага;
9 и 10 - рабочие грузы, закрепленные на концах съемного Г-образного рычага, и связанные с удерживающей их нитью;
11 - демонстрационная панель с установленной на ней вертикальной последовательностью зафиксированных точек опоры съемного Г-образного рычага и блоков с удерживающей нитью.
В исходном положении (статика) блоки 1 и 2 для удерживания рабочих тел (грузов с одинаковой массой) с помощью удерживающей нити 3 и механизма 4 уменьшения ее длины установлены совместно с вертикальной последовательностью зафиксированных точек опоры 5 на демонстрационной панели. Съемный Г-образный рычаг 6 с отверстиями для установки с помощью их точки опоры 5 и для размещения на его одном конце одного груза непосредственно и на другом конце другого груза с помощью шарнира 7 и изгиба 8 съемного Г-образного рычага 6. Рабочие грузы 9 и 10 подвижно закреплены на концах съемного Г-образного рычага 6 и связаны между собой удерживающей их нитью 3 и механизмом 4 укорочения длины нити 3 соответственно. На демонстрационной панели 11 размещены блоки 1 и 2 с удерживающей нитью 3 и механизма 4 укорочения нити 3 и вертикальная последовательность зафиксированных точек опоры 5 съемного Г-образного рычага 6.
Работа демонстрационной установки происходит следующим образом.
1
2
При изменении соотношения длин AO и OB (фиг. 2, а) плеч рычага 6 относительно точки O опоры 5 и происходит поворот грузов 9 (m) и 10 (m) против хода вращения часовой стрелки под действием сил гравитации, что проиллюстрировано на фиг. 2, б, где имеют место следующие соотношения:
1
2
1
2
1
2
m=m, λ=λ и β=β при .
1
1
На фиг. 2, б показано расположение съемного Г-образного рычага 6 с грузами 9 и 10 в положении его устойчивого равновесия. В этом положении выбирают и фиксируют следующую точку O опоры съемного Г-образного рычага 6, которая располагается выше первоначальной точки О опоры на удалении вверх h,, не превышающем длины диагонали CO прямоугольного треугольника AOC, и смещенная влево на расстояние, не превышающее длины плеча OB съемного Г-образного рычага, что показано на фиг. 2, в.
1
1
1
1
1
3
4
1
1
1
Далее (фиг. 2, г) устанавливают на зафиксированную точку Oопоры съемный Г-образный рычаг 6, длина которого равна DE, изгиб 8 этого съемного Г-образного рычага длиной EK соединен с помощью шарнира 7 с грузом 9. Длины плеч DO и OE съемного Г-образного рычага 6 равны между собой и проекции этих плеч DO и OE на горизонтальную осевую линию тоже равны между собой (λ=λ). Зафиксированная точка O опоры съемного Г-образного рычага 6 расположена выше первоначальной точки O опоры на расстояние h, что достоверно демонстрирует возможность подъема грузов 9 и 10 гравитационными силами. При снятии упора в точке K (фиг. 2, г) съемный Г-образный рычаг 6 повернется относительно точки O опоры по ходу вращения часовой стрелки до горизонтального положения, что изображено на фиг. 2, д). Используя кинетическую энергию вращающихся грузов 9 и 10 уменьшают длину изгиба 7 съемного Г-образного рычага с помощью упора в точке К (см. фиг.2, д). При этом уменьшают длину Г- образного рычага 6 с достигнутой длины DE (фиг. 2, д) до первоначального значения (DЕ), изображенного на фиг. 2, е, которое равно исходному значению AB, показанному на фиг. 2, а. Уменьшение длины рычага 6 с достигнутого значения DE до исходной величины АВ достигается тем, что расстояние AB между центрами вращения блоков 1 и 2 удерживающей нити 3 меньше DE и грузы 9 и 10 отклонятся к вертикальной осевой линии под действием силы гравитации (фиг. 2, е). Кроме того, при достижении горизонтального положения рычага 6 шарнир
7 фиксирует прямой угол излома 8 съемного Г-образного рычага, который необходим для обеспечения следующего положения устойчивого равновесия грузов 9 и 10 относительно точки опоры 5.
На фиг. 2, е продемонстрировано горизонтальное достигнутое положение съемного Г-образного рычага 6, которое аналогично зеркальному отображению исходного положения этого съемного Г-образного рычага 6, что подтверждает достоверность возможности подъема грузов 9 и 10 гравитационными силами.
1
2
1
2
Таким образом, повторяя действия над съемным Г-образным рычагом 6 с его изгибом 8, шарниром 7 и удерживающей нитью 3, осуществляется подъем точки O, O, O, … опоры этого рычага 6 согласно вертикальной последовательности зафиксированных на демонстрационной панели 11 точек опоры 5, что обеспечивает достоверную демонстрацию подъема рабочего тела в виде грузов 9 и 10 с помощью гравитационных сил. По мере подъема точек O, O, O, … опоры съемного Г-образного рычага 6 уменьшается длина удерживающей нити 3 с помощью механизма 4.
Осуществимость полезной модели обосновывается тем, что в ней использованы известные в аналоге и прототипе узлы и элементы по своему прямому функциональному назначению. В организации-заявителе изготовлен действующий образец установки для демонстрации подъема груза гравитационными силами.
Положительный эффект от использования полезной модели состоит в том, что повышается не менее чем на 30% достоверность демонстрации технической возможности преобразования гравитационной энергии Земли в механическую энергию поднятого рабочего тела (двух грузов одинаковой массы) путем поочередного рычажного поворота грузов 9 и 10 относительно точки опоры 5 с помощью съемного Г-образного рычага 6 и удерживающих эти грузы 9 и 10 нити 3.