[發(fā)明專利]反作用力平衡定律實驗裝置

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410848721.8
• 申請日: 2014-12-31
• 公開（公告）號: CN104517507A
• 公開（公告）日: 2015-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱嘉慧;朱明
• 申請（專利權(quán)）人: 朱嘉慧
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種反作用力平衡定律實驗裝置，特別是采用輕質(zhì)圓形全周量角器的反作用力平衡定律實驗裝置，屬于實驗工具、教具或?qū)W習(xí)用品。

背景技術(shù)

力是矢量，既有大小又有方向，力的合成或平衡符合數(shù)學(xué)的矢量和，而矢量和的運(yùn)算又符合平行四邊形法則或三角形法則。

物理課程與工程解算中經(jīng)常會遇到多個力的矢量和或平衡問題以及這些力的反作用力的矢量和或平衡問題，由于多個力的合成不是很直觀、較為抽象，其矢量的關(guān)系也較為復(fù)雜，因此需要通過實驗來進(jìn)行演示、驗證作用力平衡原理與反作用力平衡原理。

通常這類實驗只能做兩個力關(guān)系的試驗，而需要進(jìn)行多個力平衡實驗時通常也只能采用簡易的手工操作，測量困難、精度不準(zhǔn)，效果很不理想，影響教學(xué)質(zhì)量與學(xué)習(xí)效果。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：

1、可對多個平衡力同時進(jìn)行測量的實驗裝置；

2、實驗裝置可以方便地改變力的大小與方向；

3、力的大小與方向可以直接在實驗裝置上讀出。

本發(fā)明提供了一種反作用力平衡定律實驗裝置。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。

一種反作用力平衡定律實驗裝置，用于作用力平衡實驗與反作用力平衡實驗；反作用力平衡定律實驗裝置主要由圓形量角器、細(xì)線、彈簧秤與支撐環(huán)組成，支撐環(huán)上有分布的掛孔，圓形量角器有一個中心開孔；多根細(xì)線的一端穿過圓形量角器的中心開孔固定連接在一起，每根細(xì)線的另一端連接彈簧秤的一端，彈簧秤的另一端鉤在支撐環(huán)上的掛孔里。

圓形量角器也可以有多個，全部或部分圓形量角器在中心開孔之間通過細(xì)線和彈簧秤相互連接，或者部分圓形量角器全部通過細(xì)線和彈簧秤與其它圓形量角器連接。

支撐環(huán)為圓形環(huán)、橢圓形環(huán)、多邊形環(huán)或不規(guī)則形狀環(huán)；圓形量角器采用360分度或100分度的輕質(zhì)圓形全周量角器；細(xì)線也可以采用輕質(zhì)細(xì)繩或輕質(zhì)橡皮筋；彈簧秤采用輕質(zhì)機(jī)械彈簧秤或輕質(zhì)數(shù)顯電子秤。

反作用力平衡定律實驗裝置可有兩種形式：單個圓形量角器的形式與多個圓形量角器的形式。多量角器形式中其多個量角器構(gòu)成一個力學(xué)系統(tǒng)。

多個圓形量角器構(gòu)成的力學(xué)系統(tǒng)所受的外力由圓形量角器與支撐環(huán)之間的彈簧秤顯示，力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部圓形量角器之間的內(nèi)部相互作用力由圓形量角器之間的彈簧秤顯示。

反作用力平衡定律實驗裝置通過在支撐環(huán)不同位置的掛孔連接多根細(xì)線和彈簧秤對多個力進(jìn)行測量、實驗。反作用力平衡定律實驗裝置可以通過調(diào)整細(xì)線的長短與彈簧秤鉤在支撐環(huán)上掛孔的位置非常方便地改變力的大小與方向。力的大小可以直接從彈簧秤上讀出、力的方向可以直接從圓形全周量角器上讀出。

由多個圓形量角器構(gòu)成反作用力平衡定律實驗裝置甚至可以測量顯示力學(xué)系統(tǒng)內(nèi)部的相互作用力，使得看不見的、抽象的力的相互作用以及內(nèi)部作用力與外部作用力之間的相互關(guān)系簡單直觀地展現(xiàn)出來。

力是矢量，符合矢量運(yùn)算法則。但多個力——矢量的運(yùn)算則比較復(fù)雜抽象，反作用力平衡定律實驗裝置是一種可以提供形象觀察、精確測量與平衡定律驗證的工具。

通過反作用力平衡實驗可以得出結(jié)論：一個沒有質(zhì)量的物體所受力的反作用力恒平衡，即：零質(zhì)量物體所受力的反作用力矢量和恒為零。這個結(jié)論稱為反作用受力平衡定律。

由此還可以得出一個推論：一個沒有慣量的物體所受力偶矩的反作用力偶矩恒平衡，即：零慣量物體所受力偶矩的反作用力偶矩矢量和恒為零。這個結(jié)論稱為反作用力偶矩平衡定律。

由于零質(zhì)量物體的慣量自然為零，因此零質(zhì)量物體既滿足反作用受力平衡定律、又滿足反作用力偶矩平衡定律，則兩個定律統(tǒng)一表述為：一個沒有質(zhì)量的物體所受力的反作用力恒平衡、所受力偶矩的反作用力偶矩恒平衡，即：零質(zhì)量物體所受力的反作用力矢量和恒為零、所受力偶矩的反作用力偶矩矢量和恒為零。這個結(jié)論稱為：反作用力平衡定律。

反作用力平衡定律也可以表述為：通過零質(zhì)量物體間接相互作用的多個物體，各物體受到的零質(zhì)量物體的反作用力恒平衡、各物體受到的零質(zhì)量物體的反作用力偶矩恒平衡，即：各物體受到的零質(zhì)量物體反作用力的矢量和恒為零、各物體受到的零質(zhì)量物體反作用力偶矩的矢量和恒為零。

選取任意一點為轉(zhuǎn)心或任意定軸，還可以得到另外一個推論：一個沒有慣量的物體所受力矩的反作用力矩恒平衡，即：零慣量物體所受力矩的反作用力矩矢量和恒為零。這個結(jié)論稱為反作用力矩平衡定律。由于力矩的測量比力偶矩的測量更為容易，因此反作用力矩平衡定律更為常用。