[發明專利]一種演示自由液面效應的教學儀器

在審

• 申請號: 201611165721.3
• 申請日: 2016-12-16
• 公開（公告）號: CN106781969A
• 公開（公告）日: 2017-05-31
• 發明（設計）人: 李佳慶;李寶良;張蘭生;孟祥震;王凱;郇志濤;程偉志;劉炎林;尹國運
• 申請（專利權）人: 青島海之源智能技術有限公司
• 主分類號: G09B25/00
• 分類號: G09B25/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種演示自由液面效應的教學儀器，具體地說是采用了船模型、翻轉板和多級轉盤等結構，可以模擬演示自由液面效應對船只的影響的實驗設備，屬于教學用品領域。

背景技術

自由液面效應指的是液體和小型固體，如種子或砂石的聚集物響應海浪和風力引發的作用與船體的狀況，在船的貨倉、甲板或液體儲存罐中發生姿勢改變的現象。自由液面效應是造成船只傾覆的重要因素之一，是海洋、機械和船舶領域亟待解決的重要問題。但是目前關于自由液面效應的教具仍處于一片空白的狀態，不利于高校和研究機構對自由液面效應的認知和普及。因此，研發一款可以演示自由液面效應對船只造成的影響的教學設備成為迫切的需要。

發明內容

針對上述的不足，本發明提供了一種演示自由液面效應的教學儀器。

本發明是通過以下技術方案實現的：一種演示自由液面效應的教學儀器，是由實驗架、翻轉板、船模型、儲物罐、槽桿架、槽桿、多級轉盤和固體填充物組成的，其特征在于：翻轉板安裝在實驗架上開的孔之間，多級轉盤安裝在實驗架上，由電機驅動，槽桿的一端安裝在多級轉盤的任意一個孔中，另一端插入槽桿架內，船模型放置在翻轉板上，儲物罐安放在船模型上，儲物罐中放有固體填充物。

所述的船模型和翻轉板上分別具有突起和孔結構，船模型底部的突起插入到翻轉板上的孔中，固定船模型的位置。

所述的多級轉盤和槽桿間為鉸連接，槽桿可相對多級轉盤轉動，槽桿的另一端可相對槽桿架滑動，實驗架上的圓柱狀突起穿過槽桿的槽中。

所述的多級轉盤上徑向開有數個小孔，都能與槽桿的一端配合安裝；多級轉盤轉動，帶動槽桿擺動，槽桿另一端通過槽桿架帶動翻轉板左右振動。

該發明的有益之處是，采用船只模型，可以生動形象地模擬自由液面效應對船只的影響，實驗結果直觀立體；多級轉盤徑向開有數個小孔，通過槽桿與不同的小孔連接，可以分級調節翻轉板的振動幅度，操作靈活；實驗裝置結構簡單，便于組裝與維護，組件簡單形象，有利于學生的理解和操作。

附圖說明

附圖1為本發明的結構示意圖，附圖2為槽桿和多級轉盤機構的俯視圖，附圖3為船模型上表面的示意圖，附圖4為船模型下表面的示意圖，附圖5為實驗架和翻轉板的結構示意圖，附圖6為固體填充物的示意圖。

圖中，1、實驗架，2、翻轉板，3、船模型，4、儲物罐，5、槽桿架，6、槽桿，7、多級轉盤，8、固體填充物。

具體實施方式

一種演示自由液面效應的教學儀器，是由實驗架1、翻轉板2、船模型3、儲物罐4、槽桿架5、槽桿6、多級轉盤7和固體填充物8組成的，翻轉板2安裝在實驗架1上開的孔之間，多級轉盤7安裝在實驗架1上，由電機驅動，槽桿6的一端安裝在多級轉盤7的任意一個孔中，另一端插入槽桿架5內，船模型3放置在翻轉板2上，儲物罐4安放在船模型3上，儲物罐4中放有固體填充物8。

所述的船模型3和翻轉板2上分別具有突起和孔結構，船模型3底部的突起插入到翻轉板2上的孔中，固定船模型3的位置。

所述的多級轉盤7和槽桿6間為鉸連接，槽桿6可相對多級轉盤7轉動，槽桿6的另一端可相對槽桿架5滑動，實驗架1上的圓柱狀突起穿過槽桿6的槽中。

所述的多級轉盤7上徑向開有數個小孔，都能與槽桿6的一端配合安裝；多級轉盤7轉動，帶動槽桿6擺動，槽桿6另一端通過槽桿架5帶動翻轉板2左右振動。

該裝置在使用時，先將裝置放置在水平桌面或工作臺上，將固體填充物8放入儲物罐4中，將槽桿6的一端連接在離多級轉盤7圓心最近的小孔上，開動電機使多級轉盤7轉動，此時翻轉板2振動幅度最小，船模型3不會傾覆；停止多級轉盤7，把槽桿6的一端連接到離多級轉盤7圓心遠一些的小孔上，開動電機，此時翻轉板2振動幅度變大，再觀察船模型3會不會傾覆；重復上述過程，直到船模型3傾覆，記錄使船模型3傾覆對應的小孔級數。再將固體填充物8取出，向儲物罐4中注入與固體填充物8等高的清水，重復以上實驗，記錄小孔級數。通過比較可以發現，儲物罐4中為固體填充物8的船模型3傾覆對應的小孔級數要大于儲物罐4中為清水的船模型3傾覆對應的小孔級數。說明儲物罐4中為液體時會降低船只的穩定性，更容易使船只傾覆，也就驗證了自由液面效應。

對于本領域的普通技術人員而言，根據本發明的教導，在不脫離本發明的原理與精神的情況下，對實施方式所進行的改變、修改、替換和變型仍落入本發明的保護范圍之內。