一種用于研究動力學的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于動力學研究裝置領域，尤其是研究圓周運動所涉及到的動力學裝置。
【背景技術】
[0002] -個細線拴著一個重物在堅直平面做圓周運動，重物在最低點時拉力大于重力， 且最低點拉力最大-這都是容易被理論證明的，要想用實驗表現這個現象，現有技術公開 了一種研究圓周運動的裝置：堅直面板，位于堅直面板下端用于支撐堅直面板的底座，堅直 面板由鐵板制成，還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端吸附于堅直面 板，磁柱另一端栓接一根細線，細線的上端栓接于磁柱，細線的下端懸掛一個重物。該裝置 的使用方法：第一步，將重物升起一定高度，且：1，使細線處于直線狀態(tài)；2,細線偏離堅直 位置。第二步，釋放重物，重物開始做形狀為圓弧的運動，即：圓周運動的一部分。選擇合適 的釋放位置，可以達到這樣的效果：在此位置釋放重物，恰好可以把磁柱拉倒。理論分析如 下：用T表示重物受到的拉力，用G表示重物受到的重力，用m表示重物的質量，用v表示重 物經過最低點的速度，用r表示重物圓周運動的半徑，推導得到r=mg+ ?nf，于是，得到 r 最低點速度V越大，拉力T越大的結論。用該實驗輔助講解：磁柱被拉倒，說明拉力T比重 力大。實驗操作者錄制了該實驗的視頻，在逐幀播放視頻時，發(fā)現：磁柱并沒用在重物處于 最低點倒下，而是明顯經過了最低點以后，磁柱才倒。實驗操作者重復實驗多次，每次都錄 制視頻并逐幀播放，均發(fā)現該現象。這個現象和理論不符。這個現象之前沒有被人發(fā)現過： 要慢速播放才可以觀察到這個現象。從重物經過最低點到磁柱倒掉，大約歷時〇. 2秒。0. 2 秒的時間，大約是該裝置所懸掛重物單擺周期的8分之1，這0. 2秒內，重物經過的路程大約 是振幅的三分之二，細線和堅直方向的夾角大約是40度。所以，通常從時間上觀察不出該 現象，慢速播放的時候，可以從重物偏離平衡位置的距離上觀察到該現象。
[0003] 嚴格的來說，該實驗和理論不符，該實驗裝置不宜用于圓周運動動力學的教學。換 句話說：要研發(fā)一個新的裝置，能演示最低點拉力大于重力的實驗，并且克服上述缺陷。
[0004] 既然要研發(fā)新的裝置，就要知道現有裝置的問題出在哪里。有兩種說法：1，細線 的形變需要時間，這個時間大約是0.2s，等細線完成了形變，磁柱才受到更大的拉力而被拉 倒。2,磁柱在重物經過最低點就已經開始傾倒了，但是，磁柱的長度不夠長，0. 2秒以后，才 明顯看出來磁柱倒掉。這兩種說法聽上去都有道理，如果要用理論知識判定哪種說法正確， 這是非常復雜的理論問題。
[0005] 關于此現象，還有其他解釋，那些解釋可以通過理論分析直接排除，所以，在本說 明書中就不表述了。
[0006] 本發(fā)明提出一種裝置，該裝置可以：1，驗證上述兩種說法哪種正確。2，克服現有裝 置的不足之處，并且達到實驗現象和理論相符的有益效果。

【發(fā)明內容】

[0007] 本發(fā)明克服現有技術不足所采用的技術方案是： 一種用于研究動力學的裝置，包括堅直面板，位于堅直面板下端用于支撐堅直面板的 底座，堅直面板由鐵制成，還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱,磁柱一端吸附 于堅直面板，磁柱另一端栓接一根細線， 細線的上端栓接于磁柱，細線的下端懸掛一個用來做圓弧運動的球形重物，其特征 是： 堅直面板固定連接一個用于使重物經過平衡位置后不受細線拉力并且約束重物運動 的夾持裝置，所述夾持裝置是這樣的： 夾持裝置設有用于約束重物運動的圓弧形導軌，圓弧形導軌在堅直平面的剖面形狀為 圓弧形，圓弧形導軌所在各切面垂直于堅直面板， 圓弧形導軌的曲率半徑小于軌跡線的半徑， 圓弧形導軌最下端的切線是水平方向，圓弧形導軌最下端位置略低于軌跡線的最低 點， 圓弧形導軌上端距磁柱的距離小于軌跡線的半徑， 圓弧形導軌的兩個側面均固定連接有側板，側板所在平面為堅直平面，兩個側板的內 面均貼敷有由彈性材料制成的、用于夾持重物的夾塊，夾塊在距導軌相同距離處其水平方 向的厚度是這樣變化的：圓弧形導軌的下端夾塊較薄，圓弧形導軌的上端夾塊較厚。
[0008] 垂直于圓弧形導軌切面且同時垂直于堅直面板的方向，夾塊的厚度是這樣變化 的：距離圓弧形導軌較近處，夾塊較薄，距離圓弧形導軌較遠處，夾塊較厚。
[0009] 沿著圓弧形導軌最下端到上端經過的弧長為細線長度的十分之一至三十分之一。
[0010] 本發(fā)明結構簡單，用本發(fā)明做相關實驗，可以讓實驗現象和理論分析完美相符。
【附圖說明】
[0011] 圖1是現有技術的正視圖。
[0012] 圖2是現有技術的測試圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明實施例一的正視圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明實施例一的局部俯視圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明實施例一的局部結構示意圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明實施例一的局部剖面圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明實施例二的局部剖面圖。
[0018] 圖中：1_堅直面板，2-底座，3-磁柱，4-細線，5-重物，51-軌跡線，7-夾持裝置， 71-圓弧形導軌最下端，72-圓弧形導軌，73-側板，74-夾塊。
【具體實施方式】
[0019]附圖1、2分別是現有技術的正視圖和側視圖：現有技術包括堅直面板1，位于堅直 面板1下端用于支撐堅直面板1的底座2,堅直面板1由鐵制成，還包括一個由永磁體制成 的、形狀為柱狀的磁柱3,磁柱3 -端吸附于堅直面板1，磁柱3另一端栓接一根細線4,細線 4的上端栓接于磁柱3,細線4的下端懸掛一個用來做圓弧運動的重物5。
[0020] 實施例一 參見附圖3,是本發(fā)明的正視圖，一種用于研究動力學的裝置，包括堅直面板1，位于堅 直面板1下端用于支撐堅直面板1的底座2,堅直面板1由鐵制成，還包括一個由永磁體制 成的、形狀為柱狀的磁柱3,磁柱3 -端吸附于堅直面板1，磁柱3另一端栓接一根細線4， 細線4的上端栓接于磁柱3,細線4的下端懸掛一個用來做圓弧運動的球形重物5,其 特征是： 堅直面板1固定連接一個用于使重物5經過平衡位置后不受細線4拉力并且約束重物5運動的夾持裝置7,所述夾持裝置7是這樣的（附圖4是夾持裝置7的俯視圖，并且表示重 物5在平衡位置時和夾持裝置7的位置關系--僅表明堅直方向的位置關系，附圖5是 夾持裝置7的結構示意圖。）： 夾持裝置7設有用于約束重物5運動的圓弧形導軌72,圓弧形導軌72在堅直平面的剖 面形狀為圓弧形，圓弧形導軌72所在各切面垂直于堅直面板1， 圓弧形導軌72的曲率半徑小于軌跡線51的半徑， 圓弧形導軌最下端71的切線是水平方向，圓弧形導軌最下端71位置略低于軌跡線51 的最低點， 圓弧形導軌72上端距磁柱3的距離小于軌跡線51的半徑， 圓弧形導軌72的兩個側面均固定連接有側板73,側板73所在平面為堅直平面，兩個 側板73的內面均貼敷有由彈性材料制成的、用于夾持重物5的夾塊74,夾塊74在距導軌相 同距離處其水平方向的厚度是這樣變化的：圓弧形導軌72的下端夾塊74較薄，圓弧形導軌 72的上端夾塊74較厚。
[0021] 解釋：軌跡線51，軌跡線51是指重物5做圓弧形運動（也可以稱為單擺運動，同時 也是圓周運動的一段弧）時，重物5的最下端經過的軌跡。理所當然，軌跡線51是一段圓 弧。
[0022] 夾塊74可以由海綿制成。
[0023] 使用方法：把磁柱3吸附于堅直面板1，讓重物5偏離平衡位置，并且確保細線4 的形狀為直線，并且確保細線4平行于堅直面