[發明專利]圓運動研究裝置

有效

• 申請號: 201810071838.8
• 申請日: 2015-01-30
• 公開（公告）號: CN108122457B
• 公開（公告）日: 2019-09-06
• 發明（設計）人: 不公告發明人
• 申請（專利權）人: 蔡銀花
• 主分類號: G09B23/10
• 分類號: G09B23/10
• 代理公司: 重慶創新專利商標代理有限公司 50125
• 代理人: 李智祥

本發明屬于動力學研究裝置領域，尤其是研究圓周運動所涉及到的動力學裝置。一個細線拴著一個重物在豎直平面做圓周運動，出現了實驗現象和理論不符的情況，為了解釋該現象并且證明理論的正確，本發明提出一種裝置：圓運動研究裝置，包括豎直面板，底座，豎直面板由鐵制成，還包括磁柱，細線的上端栓接于磁柱，細線的下端懸掛球形重物，其特征是：豎直面板固定連接一個用于使重物經過平衡位置后不受細線拉力并且約束重物運動的軌道，所述軌道設有圓弧形導軌，圓弧形導軌上端固定連接擋片，擋片固定連接彈性卡片。

本發明是申請號為2015100510583、發明創造名稱為：圓運動研究裝置、申請日為：2015-01-30的發明專利申請的分案申請。

技術領域

本發明屬于動力學研究裝置領域，尤其是研究圓周運動所涉及到的動力學裝置。

背景技術

一個細線拴著一個重物在豎直平面做圓周運動，重物在最低點時拉力大于重力，且最低點拉力最大-這都是容易被理論證明的，要想用實驗表現這個現象，現有技術公開了一種研究圓周運動的裝置：豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底座，豎直面板由鐵板制成，還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端吸附于豎直面板，磁柱另一端栓接一根細線，細線的上端栓接于磁柱，細線的下端懸掛一個重物。該裝置的使用方法：第一步，將重物升起一定高度，且：1，使細線處于直線狀態；2，細線偏離豎直位置。第二步，釋放重物，重物開始做形狀為圓弧的運動，即：圓周運動的一部分。選擇合適的釋放位置，可以達到這樣的效果：在此位置釋放重物，恰好可以把磁柱拉倒。理論分析如下：用T表示重物受到的拉力，用G表示重物受到的重力，用m表示重物的質量，用v表示重物經過最低點的速度，用r表示重物圓周運動的半徑，推導得到：

于是，得到最低點速度v越大，拉力T越大的結論。用該實驗輔助講解：磁柱被拉倒，說明拉力T比重力大。實驗操作者錄制了該實驗的視頻，在逐幀播放視頻時，發現：磁柱并沒有在重物處于最低點倒下，而是明顯經過了最低點以后，磁柱才倒。實驗操作者重復實驗多次，每次都錄制視頻并逐幀播放，均發現該現象。這個現象和理論不符。這個現象之前沒有被人發現過：要慢速播放才可以觀察到這個現象。從重物經過最低點到磁柱倒掉，大約歷時0.2秒。0.2秒的時間，大約是該裝置所懸掛重物單擺周期的8分之1，這0.2秒內，重物經過的路程大約是振幅的三分之二，細線和豎直方向的夾角大約是40度。所以，通常從時間上觀察不出該現象，慢速播放的時候，可以從重物偏離平衡位置的距離上觀察到該現象。

嚴格的來說，該實驗和理論不符，該實驗裝置不宜用于圓周運動動力學的教學。換句話說：要研發一個新的裝置，能演示最低點拉力大于重力的實驗，并且克服上述缺陷。

既然要研發新的裝置，就要知道現有裝置的問題出在哪里。有兩種說法：1，細線的形變需要時間，這個時間大約是0.2s，等細線完成了形變，磁柱才受到更大的拉力而被拉倒。2，磁柱在重物經過最低點就已經開始傾倒了，但是，磁柱的長度不夠長，0.2秒以后，才明顯看出來磁柱倒掉。這兩種說法聽上去都有道理，如果要用理論知識判定哪種說法正確，這是非常復雜的理論問題。

關于此現象，還有其他解釋，那些解釋可以通過理論分析直接排除，所以，在本說明書中就不表述了。

本發明提出一種裝置，該裝置可以：1，驗證上述兩種說法哪種正確。2，克服現有裝置的不足之處，并且達到實驗現象和理論相符的有益效果。

發明內容