Прибор для демонстрации гироскопического эффекта

Прибор для демонстрации гироскопического эффекта

Реферат

 

Изобретение относится к учебным пособиям по теоретической механике и может быть использовано для демонстрации вынужденной прецессии и гироскопического эффекта. Прибор содержит диск 1, установленный на оси 2, опорные подшипники 3 и 4, упругие ограничители 5 диска, поворотную раму 6, рукоятку 7, основание 8, стойку 9, опоры 12 рамы 6, шкив 13, указатель 17 оси 2, поворотный упор 20 рамы 6. Перед демонстрацией с помощью шкива 13 и бечевки диску 1 придают необходимую скорость вращения. Затем поворачивают упор 20 рамы 6 и наблюдают поворот рамы на основании 9 в горизонтальной плоскости вокруг основания 8. Изменяя положение диска 1 на оси 2, можно изменять действующее на гироскоп ускорение и демонстрировать при этом изменение скорости прецессии. Затем диск 1 вновь устанавливают на упор 20 рамы 6 и фиксируют на оси 2 с помощью упругих ограничителей 5. После этого гироскопу плавно сообщают прецессионное движение с помощью рукоятки 7 так, чтобы поднятым оказался конец оси 2 с указателем 17, что обеспечивает наглядность демонстрации влияния величины и направления момента приложенных сил на величину и направление скорости центра масс гироскопа. Обеспечивается упрощение технологии изготовления и повышение удобства в эксплуатации. 1 ил.

Изобретение относится к учебным пособиям по теоретической механике и может быть использовано для демонстрации вынужденной прецессии и гироскопического эффекта.

Известен учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта, содержащий диск, установленный на оси, расположенной в опорных подшипниках, основание со стойкой и рукояткой, опоры и поворотную раму, состоящую из двух, вращающихся в одной плоскости частей, наружная из которых связана со стойкой основания (авт. свид. СССР N 325627, кл. G 09 B 5/00, 1972).

Недостатком данного учебного прибора является необходимость раскрутки его диска от постороннего двигателя, что снижает удобство его эксплуатации.

Известен учебный прибор для демонстрации гироскопического эффекта, содержащий ось с диском, основание со стойкой и рукоятку, при этом к оси диска прикреплены вилки, а рама имеет осевые опоры и упоры-ограничители, образующие с вилками подвижные соединения (авт. свид. СССР N 446897, кл. G 08 B 23/10, 1974).

Недостатком данного учебного прибора является необходимость раскрутки его диска от постороннего двигателя, что снижает удобство его эксплуатации.

Известен учебный прибор для демонстрации прецессии гироскопа, содержащий основание, установленные на нем стойки с вилками, на которых размещена ось гироскопа, и содержит направляющие соленоиды с подвижным сердечником и возвратной пружиной и контактные пластины с пружинами, при этом стойки установлены на основании с возможностью вертикального перемещения по направляющим, нижний конец стоек связан с сердечником соответствующего соленоида, а контактные пластины установлены на основании с возможностью взаимодействия с осью гироскопа посредством пружины (авт. свид. СССР N 960907, кл. G 09 B 23/06, 1982).

Недостатком данного учебного прибора для демонстрации прецессии гироскопа является необходимость раскрутки его диска от постороннего двигателя, что снижает удобство его эксплуатации.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по своей технической сущности является прибор для демонстрации гироскопического эффекта, содержащий диск, установленный на оси, расположенной в опорных подшипниках, основание со стойкой и рукояткой, опоры и поворотную раму, состоящую из двух вращающихся в одной плоскости частей, наружная из которых связана со стойкой основания, при этом он имеет заводной механизм, состоящий из винтовой пружины, конец которой снабжен рукояткой, фланец, установленный на одном из торцов диска, ведомую муфту с ножками и прорезью для винтовой пружины и ограничитель осевого перемещения ведомой муфты, при этом на поверхности фланца выполнены впадины для взаимодействия с торцами ножек ведомой муфты, ось выполнена полой, пружина установлена в полости оси, а внутренняя часть рамы жестко соединена с подшипниками (патент РФ N 2051422, кл. G 09 B 23/08, 1995).

Недостатком данного прибора является его сложность.

Техническим результатом изобретения является упрощение технологии его изготовления и повышение удобства в эксплуатации.

Указанный технический результат достигается тем, что в приборе для демонстрации гироскопического эффекта, содержащего диск, установленный на оси, основание со стойкой, опоры, поворотную раму, связанную со стойкой основания, рукоятку поворотной рамы и заводной механизм, в нем заводной механизм выполнен в виде шкива, который смонтирован осесимметрично на одном из торцов диска и жестко связан с ним, а диск установлен на опорных подшипниках с возможностью осевого перемещения и фиксации с помощью упругих ограничителей, причем один конец оси связан с поворотной рамой с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а другой - установлен на опоре, которая содержит поворотный упор.

На чертеже представлен прибор.

Прибор содержит диск 1, установленный на оси 2 с помощью опорных подшипников 3 и 4 с возможностью осевого перемещения и фиксации с помощью упругих ограничителей 5, поворотную раму 6 с рукояткой 7, основание 8, стойку 9, подшипник 10 стойки, укрепленный в основании 8, крышку 11 подшипника 10, опоры 12 рамы 6, заводной механизм, выполненный в виде шкива 13, который смонтирован осесимметрично диску 1 на одном из его торцов и жестко с ним связан с помощью втулки 14, болтов 15 и крышки 16, и указатель 17, оси 2, причем один конец оси 2 связан жестко с шайбой 18, которая имеет возможность вращения на оси 19 одной из опор 12 рамы 6 в вертикальной плоскости, а другой установлен на опоре 12 рамы 6, которая содержит поворотный упор 20 и ось 21. Внешними кольцами подшипники 3 и 4 упираются в диск 1, буртик отверстия шкива 13 и буртик крышки 16 втулки 14, а внутренними кольцами подшипники 3 и 4 кинематически взаимодействуют с шайбами 18 и втулками 22 упругих ограничителей 5.

Прибор работает следующим образом.

Для демонстрации явления прецессии гироскопа и гироскопического давления на опоры ось 2 гироскопа устанавливается горизонтально на упор 20 опоры 12 рамы 6 и диск устанавливается в центре оси 2. Затем диску 1 придают необходимую скорость вращения в ту или иную сторону с помощью шкива 13 и бечевки. После раскрутки диска 1 конец оси 2 гироскопа освобождается от опоры путем поворота упора 20 вокруг оси 21. Освобожденный от упора конец оси 2 не испытывает ограничений на вращательное движение в горизонтальной плоскости и ось 2 вместе с рамой 6 начинает поворачиваться на стойке 9 в подшипнике 10 вокруг основания 8. Изменяя направление раскрутки, можно наблюдать изменение направления вращения рамы 6. Изменяя положение диска 1 на оси 2, можно изменять действующее на гироскоп ускорение и демонстрировать при этом изменение скорости прецессии. Затем диск 1 вновь устанавливают на упор 20 опоры 12 рамы 6 посредине оси 2 и фиксируют с помощью упругих ограничителей 5. После этого гироскопу плавно сообщают вынужденное прецессионное движение с помощью рукоятки 7 так, чтобы поднятым оказался конец оси 2 с указателем 17. Под действием возникшего гироскопического момента ось 2 вместе с рамой 6 поворачивается вокруг оси 19 на некоторый угол ( =0-90^o) относительно горизонтальной плоскости. Величина угла зависит от соотношения величины момента количества движения гироскопа и главного момента внешних сил. Затем диск 1 устанавливают на оси 2 ближе к одной из опор. После раскрутки диску 1 гироскопа вновь сообщают вынужденное прецессионное движение. В этом случае момент силы тяжести гироскопа изменяет свою величину и, следовательно, ось гироскопа начнет прецессировать с другой по величине скоростью, что наблюдается визуально.

Предлагаемый учебный прибор обеспечивает наглядность демонстрации влияния величины и направления момента приложенных сил на величину и направление скорости центра масс гироскопа, проем в изготовлении дает возможность раскрутки диска без использования посторонних двигателей и повышает удобство в эксплуатации.

Формула изобретения

Прибор для демонстрации гироскопического эффекта, содержащий диск, установленный на оси, основание со стойкой, опоры, поворотную раму, связанную со стойкой основания, рукоятку поворотной рамы и заводной механизм, отличающийся тем, что заводной механизм выполнен в виде шкива, который смонтирован осесимметрично на одном из торцов диска и жестко связан с ним, а диск установлен на опорных подшипниках с возможностью осевого перемещения и фиксации с помощью упругих ограничителей, причем один конец оси связан с поворотной рамой с возможностью вращения в вертикальной плоскости, а другой установлен на опоре, которая содержит поворотный упор.

РИСУНКИ

Рисунок 1