相似形刚体滚动运动演示仪制造技术

相似形刚体滚动运动演示仪，属于实验仪器领域，是由凸凹曲面（３）、控制板（４）与相似体（１）和（２）构成。其特征是：由弧形曲面构成的凸凹曲面（３）上按置与曲面平行的控制板（４），将相似体（１）和（２）放到控制板（４）内侧，调整好控制板与水平面平行，启动控制板（４）两个相似体沿曲面滚下，通过凸凹曲面（３）的设计更易观测两个相似体（１）和（２）之间的运动规律。凸凹曲面（３）是焊接在两块相同的竖直平行有一定间距的凸凹弧形板（５）上，弧形板（５）固定在平板（７）上，控制板（４）是通过一轴（６）连接在曲面上。主要用于演示密度分布具有一定对称性的相似形两个刚体在同一曲面上纯滚动时质心加速度之间的规律。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术专利涉及相似形刚体滚动运动演示仪，属于大学物理演示实验仪器领 域。
技术介绍
刚体滚动运动演示在大学物理力学讨论课教学中，是一个很重要的内容，国内研 制开发了一系列演示实验，有两个同质量不同分布的几何形状大小相同的柱状刚体的滚 动，还有两个几何大小相同的同质量球体的不同滚动半径滚动演示仪器，运动轨道有斜直 面的和弧形导轨道的，斜直面的运动路程短观测时间少，弧形导轨道的单程运动时间稍长 现象较好些，但经过两三个周期性往复运动就较难分辨哪个快了，轨道需要重新设计。而对 于相似形两个刚体之间在同一曲面上滚动的运动规律演示仪器还没有。
技术实现思路
本技术专利是解决课堂或课下用的相似形刚体滚动运动演示仪，着重解决了 一类质量密度分布具有一定对称性的相似形刚体，在同一曲面上纯滚动时质心加速度(速 度)之间规律的演示技术。本技术专利技术方案相似形刚体滚动运动演示仪，是由凸凹曲面、控制板与 相似体和构成，其特征是由弧形曲面构成的凸凹曲面上按置与曲面平行的控制板，将相似 体(1)和(2)放到控制板内侧，凸凹曲面是焊接在两块相同的竖直平行有一定间距的凸凹 弧形板上，弧形板固定在平板上，控制板是通过一轴连接在曲面上。附图1为作纯滚动的刚体，它的滚动半径为R，对质心轴的转动惯量为Jez，刚体与 曲面相切处的切面与水平面夹角为θ，由牛顿定律和转动定理得出mg sin θ -f = mafR = Jcz βa =联立上式得esin^a-----, Jc71 + —^r mR2对于上面的演示实验，刚体对过质心轴的转动惯量，如，柱状刚体为Jez ^mR2，得^^-^丨！！没；球刚体·/。=| ii 2，得a = 没，也就是刚体沿曲面纯滚动的加速度与刚体的半径无关，与形状(质量分布)有关(如球体或柱体)，那是否意味着只要两个刚体是 相似形，它们的质心加速度(速度)运动规律就相同呢？设刚体为密度分布(密度分布具有球对称性或轴对称性)对称的外围为球状、椭球状或柱状的刚体，对垂直转轴(刚体的对称轴)的最大横截面为半径R的圆平面，质心集 中在几何中心，距离圆中心为r，相对距离(位置)『'=|，则面密度σ (r) = ο (r' R)= ο ‘ (r')，相对位置面密度σ' (r')，于是上面式中 对于两个相似体来说，它们的相似对应位置分别为巧和巧，则面密度0l(ri)= α o2(r2)，同理相对位置面密度分别为σ ‘ ^r')和σ ‘ 2(r' 2)，应满足σ' ^r' ^ =α σ ‘ 2(r' 2)，其中α为与相似体的形状和材料有关的常量。由此可知，相似形刚体且 质量密度分布具有球对称性或轴对称性，也就是外围为球状、椭球状或柱状的刚体，对垂直 转轴(刚体的对称轴)的最大横截面为半径R的圆平面，质量集中在几何中心的刚体在同 一曲面上作纯滚动的质心加速度运动规律相同。设计者曾用半径分别为3. 5厘米(钢材) 和7. 5厘米(铝材)的柱状实心体在同一曲面上同时释放，观测的现象与上面推导结论相 同。实验装置采用凸凹曲面使得刚体从曲面一端向另一端运动过程中，在通过中间凸 曲面时运动方向不改变且速度有快慢变化，单程运动时间较长，观察者更能清楚地观察到 实验现象。在课堂教学中使用本实验仪器演示会增加更多的教育功能。附图说明附图1为本技术专利的原理示意图。附图2为曲面侧视图，附图3为曲面装置的俯视图，附图4为实验装置的演示实验图。具体实施方式如附图，曲面(3)上按置与曲面平行的控制板(4)，将相似体⑴和⑵放到控制 板⑷内侧，调整好控制板与水平面平行，启动控制板⑷两个相似体沿曲面滚下，可以观 测两个相似体(1)和(2)的运动规律。其中，竖直平行两个相同的凸凹弧形板(5)固定在 平板⑵上，与凸凹弧形板(5)弧线弯曲完全相同的凸凹曲面(3)固定在两个相同的凸凹 弧形板(5)上，凸凹弧形板(5)中间凸起的高度要比释放端相似体的最下部低7. 5厘米，凹 形弧和凸形弧曲率半径均为0. 5米，相似体最大滚动半径在3厘米到7. 5厘米之间，控制板 (4)是通过一轴(6)连接在曲面一端上的。本文档来自技高网...

【技术保护点】
相似形刚体滚动运动演示仪，由凸凹曲面（３）、控制板（４）与相似体（１）和（２）构成，其特征是：由弧形曲面构成的凸凹曲面（３）上按置与曲面平行的控制板（４），将相似体（１）和（２）放到控制板（４）内侧，凸凹曲面（３）是焊接在两块相同的竖直平行有一定间距的凸凹弧形板（５）上，弧形板（５）固定在平板（７）上，控制板（４）是通过一轴（６）连接在曲面上。

【技术特征摘要】
相似形刚体滚动运动演示仪，由凸凹曲面(3)、控制板(4)与相似体(1)和(2)构成，其特征是由弧形曲面构成的凸凹曲面(3)上按置与曲面平行的控制板(4)，将相似体(1)和(...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁法库，梁帅，
申请(专利权)人：齐齐哈尔大学，梁帅，梁法库，
类型：实用新型
国别省市：23[中国|黑龙江]