一种科氏加速度实验测试装置，包括主架、主架上的固定支柱、固定支柱上的转动节点、固定支柱内并由可调电机带动作垂直移动的升降杆、转动节点上可调夹角的轻质弹性杆、套在轻质弹性杆上的大质量滑块；固定支柱上还安装有引电器、限位开关，以及驱动转动节点绕转轴ｚ旋转的可调电机和传动机构，转动节点上安装角度传感器和直线位移传感器，轻质弹性杆一端安装双面电阻应变计；引电器再与信号处理装置、计算装置相连；本发明专利技术有利于学生形象、直观、具体地理解和掌握科氏加速度概念；测量精度高、简单，动态、性能稳定，也方便传递到计算机进行计算和分析，能给出所需的数据和图表，可以使实验丰富、多样、有趣。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于实验教学
，特别涉及到理论力学实验测试装置。
技术介绍
科氏加速度是1832年由科利奥里发现的，因而命名为科利奥里加速度(Coriolis acceleration),简称科氏加速度。科氏加速度在自然现象中是有所表现的。就地球而言， 即使不考虑地球绕太阳公转运动，地球也会绕地轴自转运动，地球作为动参考系，地 球上物体相对于地球运动，都是牵连运动为转动的合成运动，都会有科氏加速度存在。 地球自转角速度相对很小， 一般情况下其自转的影响可以不计；但是在某些情况下， 却必须给予考虑。例如，在北半球，河水向北流动时，河水的科氏加速度向西。由动 力学可知，有向西的加速度，河水必受有东岸对水的向西的作用力。根据牛顿第三定 律，河水必对东岸有反作用力。北半球的江河，其东岸都受有较明显的冲刷。又如， 南北方向行驶的列车，其两条钢轨磨损情况不同，也是由于科氏加速度影响所致。目前，我国理工院校现有的科氏惯性力实验，专利申请号00238626.7，都是演示 性的，只能定性地分析科氏惯性力，不能定量测试科氏惯性力。就目前还没有针对科 氏加速度方面的实验测试装置。在教学上，科氏加速度是教学中的重点和难点，学生 不易理解和掌握，如借助本专利技术的装置，学生(或学习者)通过动手做实验测试，就 能形象、直观、具体地理解和掌握科氏加速度概念，且便于进一步理解和掌握点的合 成运动以及点的加速度合成定理等。
技术实现思路
本专利技术的目的是解决在牵连运动为转动的合成运动中科氏加速度演示问题，以及 解决科氏加速度实验测试问题。由理论力学知，动坐标系转轴z与动点运动方向成角度0 ( e可以取任意角)，点 的加速度合成定理为tfa=fle+flr+flc (矢量式) 其中，Oi为绝对加速度；Oe为牵连加速度；Or为相对加速度；而Oc为科氏加速度。 科氏加速度的大小为"c = 2&>evr sin P其中，We为转动节点的牵连角速度大小；Vr为大质量滑块相对轻质弹性杆的相对速度大小；^为COe与Vr的夹角，并且有^=冗-0， ^为轻质弹性杆与固定支柱的夹角。本专利技术所述的装置包括主架、固定在主架上的固定支柱、安装在固定支柱上 并由旋转驱动装置带动作水平旋转的转动节点、安装在固定支柱内并由可调电机 带动作垂直移动的升降杆、安装在转动节点上可调夹角的轻质弹性杆、套在轻 质弹性杆上的大质量滑块;固定支柱上还安装有引电器、限位开关,以及 驱动转动节点绕转轴z旋转的可调电机和传动机构，在转动节点上安装有测量轻质弹性杆夹角的角度传感器和测量大质量滑块相对位移的直线位移传感器,轻 质弹性杆一端安装双面电阻应变计。本专利技术所述的装置还包括信号处理装置，以及计算装置(如计算机、计算与显示 装置等)，信号处理装置与上述引电器连接，再与计算装置相连。本专利技术的工作状况如下(参见附图)可调电机绕转轴z旋转；轻质弹性杆与z轴夹角^的大小可 通过角度传感器、引电器,将信号传递给信号处理装置；轻质弹性杆绕x轴 转0=0°时由限位开关保护；大质量滑块在自重和绕z旋转的离心力作用下沿 轻质弹性杆运动；轻质弹性杆随着转动节点绕z轴转动，带动大质量滑块 运动，直线位移传感器和双面电阻应变计通过引电器将信号传递给信号处理 装置，经处理后再输入至计算装置，计算出科氏加速度，并加以分析。可调电机驱动升降杆使转动节点和轻质弹性杆一起作升或降运动，大 质量滑块沿轻质弹性杆运动，可演示牵连运动为平移时的合成运动实验，即科 氏加速度为零的情况。1、 当转动节点顺时针或逆时针绕z轴转动时，大质量滑块放在轻质弹性杆 的下端不动，虽然有动坐标系的转动，而大质量滑块没有相对运动，此时就不 会出现科氏加速度。2、 当转动节点不转动，大质量滑块沿轻质弹性杆滑下时，因只有相对运 动而没有动坐标系的转动，即没有牵连运动，此时也不会出现科氏加速度。3、 当升降杆推动转动节点和轻质弹性杆一起作上下平移，即动坐标系作 平移时，尽管大质量滑块沿轻质弹性杆作相对运动(下滑)，根据点的加速度合 成定理，此时同样不会出现科氏加速度。4、 当转动节点顺时针或逆时针绕z轴转动，同时带动轻质弹性杆一起转动 时，大质量滑块沿轻质弹性杆作相对运动，由于动坐标系的转动和动点在动坐 标系上有相对运动时，就会有科氏加速度，也会引起沿轻质弹性杆弯曲变形，通过 观察变形程度，就能演示科氏加速度的大小。直线位移传感器和双面电阻应变计 通过引电器将信号传递给信号处理装置，再输入至计算装置，就能计算科氏加速度， 并加以分析。5、 改变转动节点的转动方向和转速或改变轻质弹性杆的横截面大小、形状、 材料等或大质量滑块的质量大小都可以改变科氏加速度的大小。6、 改变轻质弹性杆的夹角可以改变科氏加速度的大小。7、 改变转动节点的转动方向和转速，改变轻质弹性杆的夹角可以改变科氏加速度的大小。8、 改变轻质弹性杆的夹角0为9()G时，在其它条件不变的情况下，科氏加速度另外，上述的轻质弹性杆可以是带挡板的矩形截面、箱形截面、空心圆截面、 T型截面、工字型截面等。大质量滑块可以是套简、滚珠等。直线位移传感器 可以是光栅位移传感器、拉绳式位移传感器或拉杆式传感器。角度传感器可以是 光电分度式传感器或光栅编码式传感器。引电器可以是碳刷式引电器或水银式引电 器。可调电机可以是变频调速电机或直流调速电机；双输出轴电机或两个电机。本专利技术所述装置的也可以不设升降杆，其它部件如附图所示结抅。本专利技术所述的装置，能够实现牵连运动为转动时的合成运动中的科氏加速度演示。 同时，通过双面电阻应变计，采用电测法，能测出轻质弹性杆某点的应变，并通过直 线位移传感器直接测量大质量滑块的位移，通过引电器、信号处理装置，将所测量的 信号传递给计算装置(计算机)，利用梁弯曲理论和运动学及计算程序，可以得到科氏 加速度及有关图表，从而帮助学生形象、直观、具体地理解和掌握科氏加速度概念， 更好地理解和掌握点的合成运动以及点的加速度合成定理等知识。本专利技术的优点和效果若使轻质弹性杆产生大的变形，演示时就容易观察，有利于学生形象、直观、 具体地理解和掌握科氏加速度概念；采用直线位移传感器、双面电阻应变计，应用电测法测量精度高、简单， 动态、性能稳定，也方便传递到计算机进行计算和分析，能给出所需的数据和图表。采川升降杆、可调电机,可以进行牵连运动为平移时的合成运动实验，此时 无科氏加速度。采用角度传感器可以按照实验目的和要求调整和测出We与K的夹角e，改 变现有技术中角度e保持不变的情况。按照实验目的和要求，轻质弹性杆和大质量滑块可以更换成不同的类型杆 或滑块进行实验，从而使实验丰富、多样、有趣。 附图说明附图是本专利技术所述的科氏加速度实验测试装置的示意图。其中1为转动节点，2 为可调电机，3为升降杆，4为固定支柱，5为引电器，6为主架，7为调节支撑，8 为限位开关，9为轻质弹性杆，IO为大质量滑块，ll为双面电阻应变计，12为直线位 移传感器，13为角度传感器；x、 y、z为直角坐标轴，C^为转动节点1的角速度大小； K为火质量滑块10相对轻质弹性杆9的相对速度大小，0为轻质弹性杆9与固定支柱 4的夹角。 具体实施例方式本专利技术将结合附图，通过以下实施例作进一步说明。根-据附图所示，可本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种科氏加速度实验测试装置，其特征是包括主架［６］、固定在主架上的固定支柱［４］、安装在固定支柱上并由旋转驱动装置带动作水平旋转的转动节点［１］、安装在固定支柱内并由可调电机［２］带动作垂直移动的升降杆［３］、安装在转动节点［１］上可调夹角的轻质弹性杆［９］、套在轻质弹性杆上的大质量滑块［１０］；固定支柱［４］上还安装有引电器［５］、限位开关［８］，以及驱动转动节点绕转轴ｚ旋转的可调电机［２］和传动机构，在转动节点［１］上安装有测量轻质弹性杆夹角的角度传感器［１３］和测量大质量滑块相对位移的直线位移传感器［１２］，轻质弹性杆［９］一端安装双面电阻应变计［１１］；引电器［５］再与信号处理装置、计算装置相连。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：朱爱华，朱成九，
申请(专利权)人：华东交通大学，
类型：发明
国别省市：36[中国|江西]
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