[發明專利]實現單擺運動的觀測裝置及單擺運動軌跡的記錄方法

有效

• 申請號: 201010168438.2
• 申請日: 2010-05-06
• 公開（公告）號: CN102236992A
• 公開（公告）日: 2011-11-09
• 發明（設計）人: 梁兆正;陳康;吳為昊;張強
• 申請（專利權）人: 上海科技館
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 上海華祺知識產權代理事務所 31247
• 代理人: 左一平

技術領域

本發明涉及一種實現單擺運動的觀測裝置及單擺運動軌跡的記錄方法。

背景技術

擺的發展和研究，同鐘表計時器的發展有密切的關系。意大利著名力學家伽利略首先研究了單擺，后來荷蘭科學家C.惠更斯研究了復擺，他們為擺的力學理論奠定了基礎。

擺是指能夠產生擺動的一種機械裝置，可用來展現種種力學現象。最基本的擺由一條繩或竿，和一個錘組成。錘系在繩的下方，繩的另一端固定。當推動擺時，錘來回移動。人們能夠看到擺的運動，但卻不能看到擺的運動軌跡。

發明內容

本發明是為了讓人們既能夠看到擺的運動，又能夠觀察到擺的運動軌跡的實現單擺運動的觀測裝置及單擺運動軌跡的記錄方法，通過電子感應技術記錄周期擺的運動軌跡，引導觀察者理解擺的基本規律，進而通過對軌跡圖像的分析，進一步了解傅科擺、復擺、扭擺等各種擺的特性及其在生產、生活中的應用。

本發明實現單擺運動的觀測裝置，其特點是，包括一橫桿、一繩索、一擺錘、一觀測臺；所述的繩索一端系在橫桿上，另一端連接擺錘；所述的擺錘懸掛在所述觀測臺的上方；所述的擺錘內設有一發射器，所述的觀測臺內設有一接收控制器，該觀測臺的頂面設有與接收控制器的輸出端電連接的顯示屏。

上述實現單擺運動的觀測裝置，其中，所述的顯示屏由發光二極管陣列構成。

上述實現單擺運動的觀測裝置，其中，所述的接收控制器包括順序連接的一接收電路、一比較電路、一控制電路、以及一發光二極管驅動電路，所述的發光二極管驅動電路的輸出端與發光二極管陣列電連接。

上述實現單擺運動的觀測裝置，其中，所述的比較電路主要由運算電路構成。

上述實現單擺運動的觀測裝置，其中，所述的控制電路主要由一單片機構成。

上述實現單擺運動的觀測裝置，其中，所述的發射器是一個發光管。

上述實現單擺運動的觀測裝置，其中，所述的觀測臺設有檢修門。

利用實現單擺運動的觀測裝置實現單擺運動軌跡的記錄方法，其特點是，包括以下步驟：

1、將擺錘移動到觀測臺上的任意一個位置，然后放開讓其自由擺動；

2、擺錘在擺動過程中其上的發射器不斷向觀測臺內的接收控制器發射信號；

3、接收控制器的接收電路跟蹤接收擺錘上發射器發射的信號，并將該信號輸出到比較電路；

4、比較電路適時采集接收電路輸出的信號，并將變化值輸出到控制電路；

5、當控制電路接收到比較電路輸出的高電平“1”時，該控制電路將“1”值轉換成驅動發光二極管工作的高電平，使發光二極管發光；

6、所述發光二極管構成了記錄該擺錘的運動軌跡。

上述利用實現單擺運動的觀測裝置實現單擺運動軌跡的記錄方法，其中，所述的發射器發射的信號為大于400MCD的線形強光；該強光照射比較電路中的光敏電阻，讓光敏電阻的阻值發生變化，比較器電路適時采集變化值，并將采集到高電平“1”值輸出到控制電路。

上述利用實現單擺運動的觀測裝置實現單擺運動軌跡的記錄方法，其中，所述擺錘每運動一個完整周期的運動軌跡會在LED顯示屏上持續顯示，可以通過清零功能將發光二極管發光構成的軌跡清除。

由于本發明采用了以上的技術方案，布置一個觀測臺，觀測臺的臺面由LED顯示屏構成；在觀測臺上方中心點位置垂直懸掛一個包括了擺錘的繩索擺，擺錘設有發射器，觀測臺內設有接收控制器。觀察者將擺錘移動到任意一個觀測面上的位置，然后放開讓其自由擺動，擺錘下的LED顯示屏上會記錄擺錘的運行軌跡。每一個完整周期的運行軌跡會在LED顯示屏上持續顯示，觀察者可以通過清零功能將軌跡清除。從而觀察者可以通過重復演示觀察擺錘的運動的規律性和不可重復性。

另外，采用圓形LED顯示屏作為顯示器，觀察者從觀測臺哪個角度觀察記錄的軌跡的效果都是一致的，不會有偏移失真。而且，該圓形LED顯示屏還可解決現有的液晶或等離子顯示器難以制成較大圓形的問題。

附圖說明

本發明的具體結構由以下的實施例及其附圖進一步給出。

圖1是本發明實現單擺運動的觀測裝置的整體結構示意圖。

圖2是本發明實現單擺運動的觀測裝置中擺錘的結構示意圖(剖視)。

圖3是本發明實現單擺運動的觀測裝置中觀測臺的俯視圖。

圖4是本發明實現單擺運動的觀測裝置中接收控制器的電方框圖。

圖5是本發明接收控制器的電路原理圖。

圖6是本發明的工作流程圖。

具體實施方式