[發明專利]科氏加速度測量及加速度合成定理檢驗實驗裝置與方法

有效

• 申請號: 201810446257.8
• 申請日: 2018-05-11
• 公開（公告）號: CN108417124B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發明（設計）人: 劉剛;李明;張可朋
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 劉振

本發明提供一種科氏加速度測量及加速度合成定理檢驗實驗裝置與方法，該實驗裝置包括牽連運動組件、相對運動組件和測試傳感器；牽連運動組件包括機架、第一電機、第一轉軸和第一轉盤；第一轉軸垂直于第一轉盤，第一轉軸的頂部位于第一轉盤的圓心位置；相對運動組件包括第一支撐架、第二支撐架、第二電機、第二轉軸和第二轉盤；第二轉軸上設置有第二法蘭，第二轉盤通過第二法蘭安裝在第二轉軸上；測量傳感器包括轉速傳感器和加速度傳感器。本發明體積小巧、造價低、使用方便、直觀，可應用于課堂教學、展示現象以及實驗探究。既可用于直觀演示科氏加速度的存在，也可精確測量科氏加速度大小，同時還可以檢驗加速度合成定理。

技術領域

本發明屬于運動學和動力學的實驗教學裝置技術領域，具體涉及一種科氏加速度演示測量及加速度合成定理檢驗實驗裝置與方法。

背景技術

在分析物體的合成運動時，當動系作定軸轉動，動點在某瞬時的絕對加速度等于該瞬時它的牽連加速度、相對加速度與科氏加速度的矢量和。科氏加速度是由于動系為轉動時，牽連運動與相對運動相互影響產生的。與科氏加速度對應的力叫科氏力。科氏加速度廣泛的存在于我們的現實生活，例如河床兩岸沖刷不一樣，南北半球旋風旋向相反等。科氏加速度是《理論力學》和《機械原理》等課程中的重難點，主要是科氏加速度較為抽象，產生原因和方向判斷較難理解。科氏加速度的產生由于伴隨轉動，故一般情況下不易觀察。因此需要通過實驗裝置直觀的展示科氏加速度的現象，測量其大小。加速度合成定理涉及空間矢量運算，也較為復雜，需要在測量科氏加速度的基礎上進一步對合加速度分量進行檢驗。

為了演示或測量科氏加速度，已有一些實驗裝置。

專利號ZL201420694536.3，授權公告號CN?204257073?U，授權公告日2015.04.08，申請人為：浙江師范大學，申報的專利：一種科氏加速度演示儀，該演示儀的變頻電機帶動大轉盤旋轉，在大轉盤上直流電機驅動皮帶運動，則皮帶受到在水平面內垂直于皮帶方向的科氏力，皮帶向中間靠攏或向兩邊分開。隨著轉速和皮帶傾角的變化，科氏力變化，相應皮帶靠攏或分開的距離發生變化。河海大學研制的轉盤水泵式演示平臺與之類似。該類實驗裝置可演示科氏加速度的現象，但是體積較大，而且不能測量科氏力或科氏加速度的大小。

專利號ZL201410209679.5，授權公告號CN?104021708?B，授權公告日2016.06.08，申請人為：上海理工大學，申報的專利：科氏加速度演示儀以及科氏慣性力測量方法，該科氏加速度演示儀增加了科氏力測量部分。啟動電機，讓內筒和皮帶反向轉動，使皮帶的兩直邊靠近，用紅外激光測距儀記錄兩直邊的最小間距。關閉電機，推動兩個推桿，分別驅動兩個壓力傳感器推動兩個滑塊在導軌上滑動，擠壓皮帶兩條直邊，使其距離與上述最小距離相同，將壓力傳感器上的氣壓表讀數乘以感應器活塞的面積，即可得科氏力的大小。該實驗裝置雖然可以測量科氏力，但是采用間接方法測量，皮帶在科氏力作用下變形后的形狀和滑塊作用下的變形后的形狀有差別；皮帶的實際受力還包括了產生牽連加速度的向心力，因此測量誤差較大。

另外武漢理工大學胡芮在受科氏力作用的滑塊上安裝指針，指針上的畫筆記錄指針軌跡進行定量分析；南京航空航天大學王松松用受科氏力作用的鋼球壓迫彈簧，彈簧發生變形，利用滑輪、引線和位移補償絲桿組成的傳遞機構，將彈簧變形量傳遞到顯示裝置，從而顯示科氏加速度的存在。這些裝置的測量方法都是間接法，測量誤差大、結構復雜、成本較高。

而對于加速度合成定理檢驗的實驗裝置未見報道。

發明內容

本發明的目的是提供一種科氏加速度演示測量及加速度合成定理檢驗實驗裝置及方法，既可以演示科氏加速度現象，也可以測試科氏加速度大小，分析影響科氏加速度的因素，另外還能通過實驗裝置檢驗加速度合成定理。

為了達到上述目的，本發明采用以下技術方案予以實現。

科氏加速度測量及加速度合成定理檢驗實驗裝置，該實驗裝置包括牽連運動組件、相對運動組件和測量傳感器；