一种用于研究空气阻力的实验装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种用于研究空气阻力的实验装置，其包括滑块，滑块置于导轨气腔上表面，滑块与凹形挡板敞口处固接，底座顶侧的两端分别与支架底部焊接，支架顶部与导轨气腔底侧焊接，导轨气腔上表面等间距设有多个等径的出气孔，导轨气腔一端设有进气口，进气口通过管道与空气压缩泵相连，导轨气腔两侧设有凹槽，第一光电门组底部与凹槽固接，第二光电门组的底部与凹槽固接，第一光电门组两侧分别设有第一光电门a和第三光电门c，第一光电门a、第三光电门c与计时器相连，第二光电门组两侧分别设有第二光电门b和第四光电门d，第二光电门b和第四光电门d与计时器相连，导轨气腔的上表面的两侧分别焊设有第一弹射装置和第二弹射装置。

An experimental device for studying air resistance

The invention relates to an experimental device for air resistance, which comprises a sliding block, the slide block is positioned on the guide rail gas cavity surface, the slider and the concave baffle opening is fixedly connected with both ends of the base are respectively welded with the top side of the bottom bracket, the top of the bracket and guide the gas chamber bottom side rail welding, gas cavity surface spacing with a number equal to the diameter of the outlet guide gas cavity end is provided with an air inlet, inlet connected to the compressed air pump, the air cavity is provided with a groove on both sides of the rail, the first group of photoelectric door bottom and fixedly connected with the bottom groove, groove second is fixedly connected with the photoelectric door group, the first group of photoelectric door are respectively arranged on both sides of the first photoelectric door a the first and third optical gate C, a, photoelectric photoelectric door third door C and timer connected, second photoelectric door are respectively arranged on both sides of the second group B and fourth photoelectric photoelectric door door D, second B and fourth light photoelectric door D switch and timer connected to the upper surface of the air guide cavity are respectively welded on both sides of a first ejection device and second ejection device.

【技术实现步骤摘要】
一种用于研究空气阻力的实验装置
本专利技术涉及一种实验仪器，具体涉及一种用于研究空气阻力的实验装置。
技术介绍
内摩擦力是指流体流动时由于流体内部各层流体流动速度的大小或者方向不同而产生的一种互相牵制的力，该力宏观上表现为阻碍运动物体改变其运动状态，通常称为流体的阻力。该阻力的大小与速度成幂次方关系。在科学研究领域或生活当中，对一个运动物体进行受力分析时，总会考虑万有引力、摩擦力和弹力，往往会忽略流体阻力的作用，但是，当一个物体高速运动或物体的体积特别大时，如飞机、火箭、高速的火车在空气中运动时，空气产生的阻力对物体的运动状态起决定性的作用。因而，空气阻力对物体运动状态的影响研究具有很高的价值。然而，目前国内高校或者仪器生产厂家，没有研发或者生产出关于空气阻力研究的相关实验设备。目前大部分高校研究空气阻力的方法有三种：自由落体法、单摆法、光滑平面上物体直线运动法。这三种方法存在的缺陷如下：由流体动力学特性可知，在不同的运动速度下，运动物体所受阻力的大小取决与幂指数n，而通常情况下的自由落体或者单摆实验，只能研究低速下，幂指数n＝1的情况，对于高速情况下的运动物体所受的阻力与幂指数n间的关系无法研究；通常情况下的自由落体实验，其运动物体在运动方向上所受的力为重力与空气阻力的合力，而单摆实验中，其运动物体在运动方向上所受的力为重力在该方向上的分力。当物体在低速下运动时，所受的空气阻力会远小于重力或者重力的分力，在这种情况下物体由于受到空气阻力而改变的运动状态很小。同时，单摆在空气中摆动时，还存在的空气浮力、摆线与固定端的摩擦阻尼、摆球的自身转动都会耗散能量，因此，在研究空气阻力与速度关系时，引入的系统误差特别大。通常情况下的自由落体或者单摆实验，利用两个光电门测得瞬时速度，然后再测得两光电门之间的距离，通过匀变速直线运动方式来研究运动物体所受阻力与速度间的关系，而通过公式可知，对于受到空气阻力的运动物体，其运动状态为变加速运动。因此，这两种方法研究时理论与实际严重不符；通常情况下的自由落体或者单摆实验，研究的气体只能为身边的空气，对其物理特性无法改变(例如，空气密度、气体分子的大小等)；光滑平面上物体直线运动法中，在物体运动的方向上，物体受到空气阻力的作用外，还将受到物体与光滑平面间的机械摩擦力，机械摩擦力与物体间的正压力与接触面的面积大小及粗糙程度有关，在处理实际问题时，很难把握机械摩擦力，从而研究问题时，引入的系统误差特别大。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本专利技术公开了一种用于研究空气阻力的实验装置。技术方案：一种用于研究空气阻力的实验装置，包括滑块、第一光电门组、导轨气腔、支架、底座、计时器和第二光电门组，所述滑块置于所述导轨气腔的上表面，所述滑块为弧形体或者V形体，所述滑块的弧度与所述导轨气腔的上表面的弧度相适应，所述滑块的中部设有通孔，所述滑块与凹形挡板的敞口处通过螺栓固接，所述底座的底侧的一端设有一个调节螺丝，所述底座的底侧的另一端焊设有一个支撑板，支撑板的两端各设有一个调节螺丝，所述底座的顶侧的两端分别与支架的底部焊接，所述支架的顶部与所述导轨气腔的底侧焊接，所述导轨气腔的上表面等间距设有多个等径的出气孔，所述导轨气腔的一端设有进气口，所述进气口通过管道与空气压缩泵相连，所述导轨气腔的两侧设有凹槽，所述第一光电门组的底部与该凹槽通过螺栓固接，第二光电门组的底部与该凹槽通过螺栓固接，第一光电门组两侧分别设有第一光电门a和第三光电门c，第一光电门a、第三光电门c通过同轴导线与计时器相连，第二光电门组两侧分别设有第二光电门b和第四光电门d，第二光电门b和第四光电门d通过同轴导线与计时器相连，所述导轨气腔的上表面的两侧分别焊设有第一弹射装置和第二弹射装置。进一步地，所述导轨气腔上表面的出气孔的孔径为0.1～0.2mm。进一步地，所述第一弹射装置和第二弹射装置结构相同，所述第一弹射装置包括一个固定杆和一个水平放置的U型支架，固定杆的一端与导轨气腔的上表面的一端焊接，固定杆的另一端与U型支架的底部焊接，在U型支架的敞口部设有橡皮筋。有益效果：本专利技术公开的一种用于研究空气阻力的实验装置具有以下有益效果：1、在导轨气腔上，通过外力给滑块一个任意的初速度，从而可以研究在任意速度下，运动物体所有的阻力与速度的幂指数间的关系——即，通过改变速度v的方式来改变幂指数n的大小，拓展运动物体所受阻力与速度间关系的研究范围；2、在导轨气腔上，用小气孔喷出的气流让滑块漂浮起来，这样，在运动方向的垂直方向上，物体所受的重力和物体所受的气体的浮力为一对平衡力，在运动方向上，物体只收到空气阻力的作用，减小了物体在运动方向上所受的机械摩擦力，从而减小重力、重力的分量或者机械摩擦力对物体运动状态的影响；3、在导轨气腔上，引入四光电门计时系统，用两光电门测量运动物体的瞬时速度，用另外两光电门测量物体从一光电门运动到另一光电门所用的时间，然后利用变加速运动的运动方程推导、处理测量数据的方法来研究运动物体所受阻力与速度间的关系，从而使理论更加符合实际；4、通过改变输送到导轨气腔内腔气流的大小来改变导轨与滑块间空气密度，从而改变运动物体所受空气阻力的大小，用这种方法来研究空气密度与空气阻力间的关系；5、不同的气体，其分子的大小各不相同，在气垫导轨内腔输送不同的气体、改变滑块的粗糙程度，可以改变运动物体所受的空气阻力。用这种方法研究气体分子的大小、表面的粗糙程度与空气阻力间的关系；6、结构简单，使用便捷。附图说明图1为本专利技术公开的一种用于研究空气阻力的实验装置的结构示意图；图2为凹形挡板的示意图；图3为滑块的示意图；其中：1-滑块2-第一光电门组3-导轨气腔4-进气口5-支架6-调节螺丝7-底座8-计时器9-第二光电门组10-第一弹射装置11-第二弹射装置12-凹形挡板具体实施方式：下面对本专利技术的具体实施方式详细说明。具体实施例1如图1～3所示，一种用于研究空气阻力的实验装置，包括滑块1、第一光电门组2、导轨气腔3、支架5、底座7、计时器8和第二光电门组9，滑块1置于导轨气腔3的上表面，滑块1为V形体，滑块1的弧度与导轨气腔3的上表面的弧度相适应，滑块1的中部设有通孔，滑块1与凹形挡板12的敞口处通过螺栓固接，底座7的底侧的一端设有一个调节螺丝6，底座7的底侧的另一端焊设有一个支撑板，支撑板的两端各设有一个调节螺丝6，底座7的顶侧的两端分别与支架5的底部焊接，支架5的顶部与导轨气腔3的底侧焊接，导轨气腔3的上表面等间距设有多个等径的出气孔，导轨气腔3的一端设有进气口4，进气口4通过管道与空气压缩泵相连，导轨气腔3的两侧设有凹槽，第一光电门组2的底部与该凹槽通过螺栓固接，第二光电门组9的底部与该凹槽通过螺栓固接，第一光电门组2两侧分别设有第一光电门a和第三光电门c，第一光电门a、第三光电门c通过同轴导线与计时器8相连，第二光电门组9两侧分别设有第二光电门b和第四光电门d，第二光电门b和第四光电门d通过同轴导线与计时器8相连，导轨气腔3的上表面的两侧分别焊设有第一弹射装置10和第二弹射装置11。进一步地，导轨气腔3上表面的出气孔的孔径为0.1mm。进一步地，第一弹射装置10和第二弹射装置11结构相同，第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于研究空气阻力的实验装置，其特征在于，包括滑块、第一光电门组、导轨气腔、支架、底座、计时器和第二光电门组，所述滑块置于所述导轨气腔的上表面，所述滑块为弧形体或者V形体，所述滑块的弧度与所述导轨气腔的上表面的弧度相适应，所述滑块的中部设有通孔，所述滑块与凹形挡板的敞口处通过螺栓固接，所述底座的底侧的一端设有一个调节螺丝，所述底座的底侧的另一端焊设有一个支撑板，支撑板的两端各设有一个调节螺丝，所述底座的顶侧的两端分别与支架的底部焊接，所述支架的顶部与所述导轨气腔的底侧焊接，所述导轨气腔的上表面等间距设有多个等径的出气孔，所述导轨气腔的一端设有进气口，所述进气口通过管道与空气压缩泵相连，所述导轨气腔的两侧设有凹槽，所述第一光电门组的底部与该凹槽通过螺栓固接，第二光电门组的底部与该凹槽通过螺栓固接，第一光电门组两侧分别设有第一光电门a和第三光电门c，第一光电门a、第三光电门c通过同轴导线与计时器相连，第二光电门组两侧分别设有第二光电门b和第四光电门d，第二光电门b和第四光电门d通过同轴导线与计时器相连，所述导轨气腔的上表面的两侧分别焊设有第一弹射装置和第二弹射装置。

【技术特征摘要】
1.一种用于研究空气阻力的实验装置，其特征在于，包括滑块、第一光电门组、导轨气腔、支架、底座、计时器和第二光电门组，所述滑块置于所述导轨气腔的上表面，所述滑块为弧形体或者V形体，所述滑块的弧度与所述导轨气腔的上表面的弧度相适应，所述滑块的中部设有通孔，所述滑块与凹形挡板的敞口处通过螺栓固接，所述底座的底侧的一端设有一个调节螺丝，所述底座的底侧的另一端焊设有一个支撑板，支撑板的两端各设有一个调节螺丝，所述底座的顶侧的两端分别与支架的底部焊接，所述支架的顶部与所述导轨气腔的底侧焊接，所述导轨气腔的上表面等间距设有多个等径的出气孔，所述导轨气腔的一端设有进气口，所述进气口通过管道与空气压缩泵相连，所述导轨气腔的两侧设有凹槽，所述第一光电门组的底部与该凹槽通过螺栓固接，第二光电门组的底部...

【专利技术属性】
技术研发人员：王心华，赵季平，赵乐，
申请(专利权)人：兰州大学，
类型：发明
国别省市：甘肃,62