一种理论力学力偶平衡的演示仪制造技术

本发明专利技术公开了一种理论力学力偶平衡的演示仪，其底板上固定有杆轴，杆轴套设于套筒内，套筒设于平衡杆中部的圆环的中心位置，且通过多根连接有拉压传感器的弹簧与圆环相连；平衡杆的左右侧边均设有第一滑轨，第一滑轨上滑动连接有多个第一滑动座，各第一滑动座分别与一弹性拉绳的一端连接，弹性拉绳的另一端连接有挂钩；各弹性拉绳上还连接有拉力测量计和弹性拉绳卷绕机构；底板的左右两端还分别设置一第二滑轨，各第二滑轨上分别滑动连接有多个第二滑动座，各第二滑动座上分别设有一挂环；平衡杆上还设有微处理器和声音报警器。本发明专利技术结构简单，实用性强，能将抽象的力偶平衡原理使用实验仪器来形象的展示出来，从而便于学生理解力偶的作用原理。

A demonstrator for theoretical mechanics couple balance

The invention discloses a demonstrator for the balance of theoretical mechanical couples. The base plate of the demonstrator is fixed with a rod shaft, the rod shaft sleeve is arranged in the sleeve, the sleeve is arranged in the center position of the ring in the middle of the balancing bar, and the ring is connected by a plurality of springs connected with a tension and compression sensor; the left and right sides of the balancing bar are provided with a first sliding rail and the first sliding rail. The sliding connection on the rail has a plurality of first sliding seats, each of which is connected with one end of an elastic pulling rope, and the other end of the elastic pulling rope is connected with a hook; the elastic pulling rope is also connected with a tension measuring meter and an elastic pulling rope winding mechanism; the left and right ends of the bottom plate are respectively provided with a second sliding rail, and the second sliding rail is divided into two parts. There are a plurality of second sliding seats connected with other sliding seats, and a hanging ring is respectively arranged on each second sliding seat, and a microprocessor and a sound alarm are also arranged on the balance bar. The invention has simple structure and strong practicability, and can visually display the abstract couple balance principle by using experimental instruments, so as to facilitate students to understand the action principle of the couple.

【技术实现步骤摘要】
一种理论力学力偶平衡的演示仪
本专利技术涉及物理实验仪器领域，特别涉及一种理论力学力偶平衡的演示仪。
技术介绍
力偶就是作用在同一物体上的等值、反向、不共线的一对力。力偶对物体产生转动效应，它的度量以力偶矩表示，即其中任一个力的大小与两个力作用线之间的垂直距离的乘积。力偶就是受到大小相等，方向相反，互相平行的两个力的作用。它对物体产生的是纯转动效应(注意，纯转动效应即不需要固定转轴或支点等辅助条件)。力偶中二力之间相距的垂直距离称为力偶臂。力偶对物体产生的转动效应应该用构成力偶的两个力对力偶作用平面内任一点之矩代数和来度量，我们称这两个力对某点之矩的代数和为力偶矩。所以力偶矩是力偶对物体转动效应的度量。若用m(F，F')表示力偶(F，F')的力偶矩，则与力矩一样，力偶矩也可以用一个代数量表示，其数值等于力偶中一力的大小与力偶臂的乘积，正负号则分别表示力偶的两种相反转向，若规定逆时针转向为正，则顺时针为负。而平面力偶系平衡的必要与充分条件是所有各力偶矩的代数和等于零。在物理教学过程中，如何将抽象的力偶平衡原理使用实验仪器来形象的展示出来，从而便于学生理解力偶的作用原理，是一个值得深入研究的课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种结构简单，实用性强的理论力学力偶平衡的演示仪，能够将抽象的力偶平衡原理使用实验仪器来形象的展示出来，从而便于学生理解力偶的作用原理。本专利技术的技术方案是：一种理论力学力偶平衡的演示仪，包括底板，底板上固定有与底板表面相垂直的杆轴，所述杆轴穿设于平衡杆中部所设的套筒内，使平衡杆能够绕杆轴转动，所述平衡杆的中部为一圆环，该圆环固定连接于平衡杆的上半部分和下半部分之间，所述套筒位于所述圆环的中心位置，且套筒与圆环之间通过多根绕套筒周向均匀分布的弹簧相连，每根弹簧上还连接有用于测量其拉压值的拉压传感器；所述平衡杆的左右侧边上分别设有沿平衡杆纵向方向的第一滑轨，每条第一滑轨上还分别滑动连接有多个第一滑动座，每个第一滑动座分别与一弹性拉绳的一端连接，弹性拉绳的另一端连接有挂钩；各弹性拉绳上还分别连接有用于测量弹性拉绳拉力值的拉力测量计以及连接有用于通过卷绕弹性拉绳的方法来调节弹性拉绳拉力值的弹性拉绳卷绕机构；每个第一滑动座上还分别设有用于锁定第一滑动座和第一滑轨之间相对位置的第一锁定机构；所述底板的左右两端还分别设置一第二滑轨，每条第二滑轨上分别滑动连接有多个第二滑动座，每个第二滑动座上分别设有一挂环以及一用于锁定第二滑动座和第二滑轨之间相对位置的第二锁定机构；所述平衡杆上还设有微处理器以及声音报警器，所述拉压传感器以及声音报警器分别与所述微处理器信号连接，微处理器与电源模块电连接；所述拉压传感器将所检测到的拉压值实时发送给所述微处理器，所述微处理器接收到所述拉压值后，将所述拉压值与拉压值设定范围值进行比对，当所述拉压值超出所述拉压值设定范围值时，所述微处理器控制所述声音报警器进行报警提示。上述底板表面还开设有一圆心位于所述杆轴上的环形滑槽，所述环形滑槽为T形滑槽，该环形滑槽内滑动连接有与其相匹配的T形滑块，所述T形滑块固定于所述平衡杆的下表面上，平衡杆上还设有用于锁定平衡杆和底板之间相对位置的第三锁定机构。上述第一锁定机构、第二锁定机构以及第三锁定机构均是锁紧螺栓。上述T形滑块的数量为两个，该两个T形滑块分别与所述平衡杆上端的下表面以及平衡杆下端的下表面相固定；所述第三锁定机构是锁紧螺栓，该锁紧螺栓穿过开设于平衡杆上的螺孔并与螺孔螺纹连接，当将该锁紧螺栓向螺孔内旋进后，所述锁紧螺栓的螺纹端头能够顶紧所述底板表面，从而使得所述T形滑块和T形滑槽之间摩擦力增大，达到锁定平衡杆和底板之间相对位置的目的。上述弹性拉绳卷绕机构包括筒体和U形卡簧，所述筒体的侧壁与对应的弹性拉绳相固定，所述筒体用于在绕其轴向转动的过程中卷绕对应的弹性拉绳，达到调节弹性拉绳的拉力值的目的，所述U形卡簧用于在筒体调整好所述弹性拉绳的拉力值后，将U形卡簧的一个弹性臂插入所述筒体内，另一个弹性臂跨接于所述筒体外，从而使得该U形卡簧紧紧卡接住所述筒体的侧壁和卷绕在筒体侧壁上的弹性拉绳，达到锁定已调整好的弹性拉绳的拉力值的目的。上述U形卡簧的两个弹性臂的末端均设有卷绕边。上述弹性拉绳是橡皮筋或直径为0.8～1.5mm的细弹簧丝。上述平衡杆上沿每条第一滑轨的纵向方向还设有长度刻度。上述微处理器是MSP430单片机。本专利技术的有益效果：本专利技术实施例中，提供了一种理论力学力偶平衡的演示仪，使用时，通过旋拧第三锁定机构25来固定平衡杆7和底板1之间的相对位置，以利于力偶平衡演示实验的初期操作，固定好平衡杆7后，任意选取平衡杆7左侧的一个第一滑动座9以及平衡杆7右侧的一个第一滑动座9，分别将它们沿第一滑轨8调整的想要的位置，并旋拧第一锁定机构14予以固定，然后分别拉动与该两个第一滑动座9相连的弹性拉绳13，将两根弹性拉绳13端头的挂钩12分别挂接于和其处于平衡杆7同侧的某个第二滑动座17的挂环19上，将挂接滑动挂钩12的两个第二滑动座17沿各自滑动连接的第二滑轨16滑动并确定其位置，使得两根弹性拉绳13相平行(这时两根弹性拉绳13对平衡杆7左右施加方向平行且相反的力，两根弹性拉绳13之间的平行度可通过量角器分别测量它们与平衡杆7纵向边缘的夹角来确定，夹角相等则能够确定平行)，然后旋拧两个第二滑动座17上的第二锁定机构18分别固定两个第二滑动座17在第二滑轨16上的位置。然后，通过卷绕两根平行弹性拉绳13上的弹性拉绳卷绕机构22来调整两根平行的弹性拉绳13的拉力，经调整，使得两根平行的弹性拉绳13的拉力相等，从而实现了在平衡杆7上构建一对力偶，其中构成力偶的弹性拉绳13的拉力的大小可以通过弹性拉绳13上所连接的拉力测量计15来读取，而力偶臂可以通过使用直尺测量两根弹性拉绳13之间的距离来获得，将弹性拉绳13的拉力和力偶臂相乘即得力偶矩，依照同样原理，在平衡杆7上构建另一对力偶矩与上述力偶矩大小相等方向相反的力偶，当两对力偶构建完毕后，则轻轻拧动第三锁定机构25，以松开平衡杆7与底板1之间的固定关系，则由于力偶对物体产生的是纯转动效应(纯转动效应即不需要固定转轴或支点等辅助条件)，因而在上述两对力偶矩大小相等方向相反的力偶的作用下，根据力偶平衡原理，即使松开了第三锁定机构25，所述平衡杆7也处于平衡状态，并且所述杆轴2与套筒21之间也不会有作用力(压力)，则验证并演示了力偶的平衡原理；如果杆轴2与套筒21之间存在作用力(压力)，则意味着存在较大的实验误差，无法达到力偶平衡条件，则应该对两对力偶的力的大小及方向、力偶矩大小进行检查并调整，以缩小误差，使误差达到实验所要求的合理范围(当误差超出合理范围时，杆轴2与套筒21之间会存在较大的压力，将导致圆环3内的各弹簧6受力不均，从而使得有的弹簧6所受到的拉力或压力超出代表误差在合理范围内时的拉压值设定范围值，从而导致声音报警器24进行报警提示，以提醒实验操作者对两对力偶进行检查并调整。)。同理，还可以在平衡杆7上施加多对力偶来进行力偶平衡的演示实验。综上，本专利技术结构简单，实用性强，能够将抽象的力偶平衡原理使用实验仪器来形象的展示出来，从而便于学生理解力偶的作用原理。附图说明图1为本专利技术的俯视结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种理论力学力偶平衡的演示仪，包括底板(1)，底板(1)上固定有与底板(1)表面相垂直的杆轴(2)，所述杆轴(2)穿设于平衡杆(7)中部所设的套筒(21)内，使平衡杆(7)能够绕杆轴(2)转动，其特征在于，所述平衡杆(7)的中部为一圆环(3)，该圆环(3)固定连接于平衡杆(7)的上半部分和下半部分之间，所述套筒(21)位于所述圆环(3)的中心位置，且套筒(21)与圆环(3)之间通过多根绕套筒(21)周向均匀分布的弹簧(6)相连，每根弹簧(6)上还连接有用于测量其拉压值的拉压传感器(5)；所述平衡杆(7)的左右侧边上分别设有沿平衡杆(7)纵向方向的第一滑轨(8)，每条第一滑轨(8)上还分别滑动连接有多个第一滑动座(9)，每个第一滑动座(9)分别与一弹性拉绳(13)的一端连接，弹性拉绳(13)的另一端连接有挂钩(12)；各弹性拉绳(13)上还分别连接有用于测量弹性拉绳(13)拉力值的拉力测量计(15)以及连接有用于通过卷绕弹性拉绳(13)的方法来调节弹性拉绳(13)拉力值的弹性拉绳卷绕机构(22)；每个第一滑动座(9)上还分别设有用于锁定第一滑动座(9)和第一滑轨(8)之间相对位置的第一锁定机构(14)；所述底板(1)的左右两端还分别设置一第二滑轨(16)，每条第二滑轨(16)上分别滑动连接有多个第二滑动座(17)，每个第二滑动座(17)上分别设有一挂环(19)以及一用于锁定第二滑动座(17)和第二滑轨(16)之间相对位置的第二锁定机构(18)；所述平衡杆(7)上还设有微处理器(23)以及声音报警器(24)，所述拉压传感器(5)以及声音报警器(24)分别与所述微处理器(23)信号连接，微处理器(23)与电源模块电连接；所述拉压传感器(5)将所检测到的拉压值实时发送给所述微处理器(23)，所述微处理器(23)接收到所述拉压值后，将所述拉压值与拉压值设定范围值进行比对，当所述拉压值超出所述拉压值设定范围值时，所述微处理器(23)控制所述声音报警器(24)进行报警提示。...

【技术特征摘要】
1.一种理论力学力偶平衡的演示仪，包括底板(1)，底板(1)上固定有与底板(1)表面相垂直的杆轴(2)，所述杆轴(2)穿设于平衡杆(7)中部所设的套筒(21)内，使平衡杆(7)能够绕杆轴(2)转动，其特征在于，所述平衡杆(7)的中部为一圆环(3)，该圆环(3)固定连接于平衡杆(7)的上半部分和下半部分之间，所述套筒(21)位于所述圆环(3)的中心位置，且套筒(21)与圆环(3)之间通过多根绕套筒(21)周向均匀分布的弹簧(6)相连，每根弹簧(6)上还连接有用于测量其拉压值的拉压传感器(5)；所述平衡杆(7)的左右侧边上分别设有沿平衡杆(7)纵向方向的第一滑轨(8)，每条第一滑轨(8)上还分别滑动连接有多个第一滑动座(9)，每个第一滑动座(9)分别与一弹性拉绳(13)的一端连接，弹性拉绳(13)的另一端连接有挂钩(12)；各弹性拉绳(13)上还分别连接有用于测量弹性拉绳(13)拉力值的拉力测量计(15)以及连接有用于通过卷绕弹性拉绳(13)的方法来调节弹性拉绳(13)拉力值的弹性拉绳卷绕机构(22)；每个第一滑动座(9)上还分别设有用于锁定第一滑动座(9)和第一滑轨(8)之间相对位置的第一锁定机构(14)；所述底板(1)的左右两端还分别设置一第二滑轨(16)，每条第二滑轨(16)上分别滑动连接有多个第二滑动座(17)，每个第二滑动座(17)上分别设有一挂环(19)以及一用于锁定第二滑动座(17)和第二滑轨(16)之间相对位置的第二锁定机构(18)；所述平衡杆(7)上还设有微处理器(23)以及声音报警器(24)，所述拉压传感器(5)以及声音报警器(24)分别与所述微处理器(23)信号连接，微处理器(23)与电源模块电连接；所述拉压传感器(5)将所检测到的拉压值实时发送给所述微处理器(23)，所述微处理器(23)接收到所述拉压值后，将所述拉压值与拉压值设定范围值进行比对，当所述拉压值超出所述拉压值设定范围值时，所述微处理器(23)控制所述声音报警器(24)进行报警提示。2.如权利要求1所述的一种理论力学力偶平衡的演示仪，其特征在于，所述底板(1)表面还开设有一圆心位于所述杆轴(2)上的环形滑槽(20)，所述环形滑槽(20)为T形滑槽，该环形滑槽(20)内滑动连接有与其相匹配的T形滑块(10)，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴瑞潜，王秋苹，李少和，何智海，
申请(专利权)人：绍兴文理学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33