[實用新型]剛體轉動慣量影響因素演示儀

有效

• 申請號: 201420059416.6
• 申請日: 2014-02-09
• 公開（公告）號: CN203786971U
• 公開（公告）日: 2014-08-20
• 發明（設計）人: 李海寶;李海燕
• 申請（專利權）人: 李海寶;李海燕
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本實用新型涉及一種剛體轉動慣量影響因素的演示裝置，特別是能分別實現剛體的質量、質量分布、轉軸位置對轉動慣量影響的宏觀效果演示。

背景技術

目前，公知的剛體轉動慣量演示裝置一般由若干質量相同、直徑相同、但質量分布不同的滾筒狀剛體，和一圓弧軌道組成。

在實際操作中，將不同滾筒從圓弧軌道上端同一高度同時釋放，另一起往下滾。由于質量分布不同，造成滾筒的轉動慣量不同，在相同的重力矩作用下，轉動慣量小的滾筒滾動速度較快，轉動慣量大的滾筒滾動速度較慢。通過滾動速度的變化，來演示質量分布對轉動慣量的影響。

問題是這種公知的剛體轉動慣量演示裝置只能演示質量分布對轉動慣量的影響，并且該裝置的轉軸是運動的。實際上，影響剛體轉動慣量的因素有3個，分別是質量、質量分布、固定轉軸的位置。當這三者之間有兩者保持相同時，余下的第三個因素都將影響轉動速度這一宏觀效果。

演示實驗的生命是其直觀性。目前的轉動慣量演示裝置由于只能演示質量分布對轉動慣量的影響，不能實現質量、固定轉軸位置這兩個因素對轉動慣量影響的演示。

實用新型內容

為了克服現有的轉動慣量影響因素演示裝置的缺陷和不足，本實用新型提供一種剛體轉動慣量影響因素演示儀，能夠實現質量、質量分布、固定轉軸位置對剛體轉動慣量影響的分別演示。為實現這一目的，該演示儀具有如下構成：3個完全相同的圓盤、2個豎直支撐軸、1個儀器底座、14個完全相同砝碼、2個完全相同的軸承。

本實用新型解決問題所采用的技術方案是：采用3個完全相同的有機玻璃材料制造的圓盤，圓盤直徑30厘米；在每個圓盤上制作10個規格一致、分布一致的圓孔形砝碼安置槽；在每個圓盤的質心軸和距離質心軸10厘米處各制作一個軸承卡槽；圓盤邊緣采用輪齒結構；在水平底座上等高平行安置豎直支撐軸，兩軸相隔距離55厘米，在2個支撐軸的上端分別安置軸承；圓盤通過軸承卡槽，并通過軸承與豎直支撐軸連接。

在已經固定在豎直支撐軸上的兩個圓盤的輪齒之間放置一根長度為50厘米彈性鋼片，相向緩慢轉動這兩個圓盤，使得鋼片發生一定形變。當突然撤去作用于圓盤的外力約束后，發生形變的鋼片將對兩個圓盤提供一內力偶矩。此時，每個圓盤在內力矩作用下，轉動狀態發生改變。通過調整圓盤數量、砝碼在圓盤上的分布、轉軸位置等，可以實現影響轉動慣量因素的分別演示。

本實用新型的有益效果是：可以直觀分別演示質量、質量分布、固定轉軸位置對剛體轉動慣量的影響。裝置結構簡單，易于制作，但演示實驗現象明顯，反映的物理過程更加直觀、清晰、全面，可加深對轉動慣量影響因素的理解。

本實用新型的有益效果還在于：可加深對變轉動慣量情況下，角動量守恒現象的認識。

附圖說明

圖1為本實用新型的兩個豎直支撐軸均通過質心的效果圖。

圖2為本實用新型的只一個豎直支撐軸通過質心的效果圖。

圖3為本實用新型的俯視圖。

圖4為本實用新型的演示質量分布對轉動慣量影響的縱剖面構造圖。

圖1中：1—有機玻璃圓盤，2—圓盤輪齒，3—砝碼安置槽，4—砝碼，5—圓盤質心軸軸承卡槽，6—軸承卡槽（軸承），7—豎直支撐軸，8—彈性鋼片，9—底座。

具體實施方式

為了能夠更清楚地描述本實用新型的技術內容，下面結合具體實施例來進一步描述。

本實用新型涉及一種剛體轉動慣量影響因素的演示裝置，能夠分別演示剛體的質量、質量分布、轉軸位置對轉動慣量影響的宏觀效果。

在圖1中，在3個完全相同的有機玻璃圓盤上，制作分布完全相同、規格嚴格統一的圓孔形砝碼安置槽；在圓盤質心軸處和距離質心軸10厘米處分別制作軸承卡槽；圓盤的邊緣制作成輪齒結構。

在圖1中，在水平底座上等高平行安置豎直支撐軸，兩軸相隔距離55厘米，在2個支撐軸的上端分別安置軸承。

在圖1中，演示儀器結構由上而下安裝，分別是：有機玻璃圓盤（含砝碼、軸承卡槽）、軸承、豎直支撐軸、底座。圓盤通過軸承卡槽與固定在豎直支撐軸上的軸承安裝在一起，實現圓盤與豎直支撐軸的安裝。

在圖1中，在已經固定在豎直支撐軸上的2個圓盤的輪齒之間放置一根長度為50厘米彈性鋼片，相向緩慢轉動這兩個圓盤，使得鋼片發生一定形變。

本實用新型實現質量、質量分布、固定轉軸位置對剛體轉動慣量的影響的演示的操作過程：