一種吸附式圓運動研究裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實用新型屬于動力學(xué)研宄裝置領(lǐng)域，尤其是研宄圓周運動所涉及到的動力學(xué)裝 置。
【背景技術(shù)】
[0002] -個細線拴著一個重物在豎直平面做圓周運動，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(xiàn)這個現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù) 公開了一種研宄圓周運動的裝置：豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底 座，豎直面板由鐵板制成，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 附于豎直面板，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， 細線偏離豎直位置。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(zhì)量，用V表示重物經(jīng)過最低點的速度，用r表示重物圓周運動的半徑，推導(dǎo)得到 Γ = ，于是，得到最低點速度V越大，拉力T越大的結(jié)論。用該實驗輔助講解：磁 r 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(xiàn)：磁柱并沒用在重物處于最低點倒下，而是明顯經(jīng)過了最低點以后，磁柱才倒。實驗操作 者重復(fù)實驗多次，每次都錄制視頻并逐幀播放，均發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。這個現(xiàn)象和理論不符。這個 現(xiàn)象之前沒有被人發(fā)現(xiàn)過：要慢速播放才可以觀察到這個現(xiàn)象。從重物經(jīng)過最低點到磁柱 倒掉，大約歷時0. 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(nèi)，重物經(jīng)過的路程大約是振幅的三分之二，細線和豎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(xiàn)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(xiàn)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(xué)的教學(xué)。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(xiàn)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(jīng)過最低點就已經(jīng)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(fù)雜的理論問題。
[0005] 關(guān)于此現(xiàn)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] 本實用新型提出一種裝置，該裝置可以：1，驗證上述兩種說法哪種正確。2,克服現(xiàn) 有裝置的不足之處，并且達到實驗現(xiàn)象和理論相符的有益效果。 【實用新型內(nèi)容】
[0007] 本實用新型克服現(xiàn)有技術(shù)不足所采用的技術(shù)方案是：
[0008] -種吸附式圓運動研宄裝置，包括豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面 板的底座，豎直面板由鐵制成，還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端 吸附于豎直面板，磁柱另一端栓接一根細線，
[0009] 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：
[0010] 豎直面板固定連接一個用于使重物經(jīng)過平衡位置后不受細線拉力并且約束重物 運動的軌道，所述軌道是這樣的：
[0011] 軌道設(shè)有用于約束重物運動的圓弧形導(dǎo)軌，圓弧形導(dǎo)軌在豎直平面的剖面形狀為 圓弧形，圓弧形導(dǎo)軌所在各切面垂直于豎直面板，
[0012] 圓弧形導(dǎo)軌的曲率半徑小于軌跡線的半徑，
[0013] 圓弧形導(dǎo)軌最下端的切線是水平方向，圓弧形導(dǎo)軌最下端位置略低于軌跡線的最 低點，
[0014] 圓弧形導(dǎo)軌上端距磁柱的距離小于軌跡線的半徑，
[0015] 圓弧形導(dǎo)軌上端固定連接有一個垂直于導(dǎo)軌的、用于阻擋重物繼續(xù)向上擺動的擋 片，
[0016] 擋片固定連接有兩片相對的、平行設(shè)置的、用于卡住重物的彈性卡片，彈性卡片和 圓弧形導(dǎo)軌不接觸，彈性卡片所在平面均為豎直平面，彈性卡片在其入口內(nèi)部各有一個相 對的、用于阻止重物滑下的凸起，兩凸起的水平距離小于重物的直徑。
[0017] 沿著圓弧形導(dǎo)軌最下端到上端經(jīng)過的弧長為細線長度的三十分之一。
[0018] 磁柱形狀為圓柱體。
[0019] 擋片還貼敷有用于緩沖重物的緩沖層。
[0020] 緩沖層由海綿制成。
[0021] 圓弧形導(dǎo)軌為薄片狀。
[0022] 本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，用本實用新型做相關(guān)實驗，可以讓實驗現(xiàn)象和理論分析完 美相符。
【附圖說明】
[0023] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖。
[0024] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的測試圖。
[0025] 圖3是本實用新型實施例一的正視圖。
[0026] 圖4是本實用新型實施例一的局部正視圖。
[0027] 圖5是本實用新型實施例一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028] 圖6是本實用新型實施例一的局部俯視圖。
[0029] 圖7是本實用新型實施例二的局部俯視圖。
[0030] 圖中：1-豎直面板，2-底座，3-磁柱，4-細線，5-重物，51-軌跡線，6-軌道，61-圓 弧形導(dǎo)軌最下端，62-圓弧形導(dǎo)軌，63-圓弧形導(dǎo)軌上端，64-彈性卡片，641-凸起，65-擋片， 66-緩沖層。
【具體實施方式】
[0031] 附圖1、2分別是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖和側(cè)視圖：現(xiàn)有技術(shù)包括豎直面板1，位于豎直 面板1下端用于支撐豎直面板1的底座2,豎直面板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 -端吸附于豎直面板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。
[0032] 實施例一
[0033] 參見附圖3,是本實用新型的正視圖，一種吸附式圓運動研宄裝置，包括豎直面板 1，位于豎直面板1下端用于支撐豎直面板1的底座2,豎直面板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 -端吸附于豎直面板1，磁柱3另一端栓接一根 細線4，
[0034] 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：
[0035] 豎直面板1固定連接一個用于使重物5經(jīng)過平衡位置后不受細線4拉力并且約束 重物5運動的軌道6。所述軌道6是這樣的：（參見附圖4,是該軌道6的正視圖，附圖5是 該軌道6的結(jié)構(gòu)示意圖，附圖6是該軌道6的俯視圖。）
[0036] 軌道6設(shè)有用于約束重物5運動的圓弧形導(dǎo)軌62,圓弧形導(dǎo)軌62在豎直平面的剖 面形狀為圓弧形，圓弧形導(dǎo)軌62所在各切面垂直于豎直面板1，
[0037] 圓弧形導(dǎo)軌62的曲率半徑小于軌跡線51的半徑，
[0038] 圓弧形導(dǎo)軌最下端61的切線是水平方向，圓弧形導(dǎo)軌最下端61位置略低于軌跡 線51的最低點，
[0039] 圓弧形導(dǎo)軌上端63距磁柱3的距離小于軌跡線51的半徑，
[0040] 圓弧形導(dǎo)軌上端63固定連接有一個垂直于導(dǎo)軌的、用于阻擋重物5繼續(xù)向上擺動 的擋片65,擋片65所在平面垂直于豎直平面，
[0041] 擋片65固定連接有兩片相對的、平行設(shè)置的、用于卡住重物5的彈性卡片64,彈性 卡片64和圓弧形導(dǎo)軌62不接觸，彈性卡片64所在平面均為豎直平面，彈性卡片64在其入 口內(nèi)部各有一個相對的、用于阻止重物5滑下的凸起641，兩凸起641的水平距離小于重物 5的直徑。
[0042] 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(jīng)過的軌跡。理所當(dāng)然，軌跡線51是一段圓 弧。
[0043] 使用方法：把磁柱3吸附于豎直面板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平行于豎直面板