[發明專利]一種在簡諧運動參考系下探究慣性問題的實驗方法

有效

• 申請號: 202011177054.7
• 申請日: 2020-10-25
• 公開（公告）號: CN112289144B
• 公開（公告）日: 2022-08-23
• 發明（設計）人: 李月秋;任曉輝;梁法庫
• 申請（專利權）人: 齊齊哈爾大學
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08
• 代理公司: 北京方圓嘉禾知識產權代理有限公司 11385
• 代理人: 朱玲艷

1.一種在簡諧運動參考系下探究慣性問題的實驗方法，由球A、球B、球A1、透明裝置、小車和彈簧構成，其特征是：

在透明裝置側壁中間固定一個與側壁垂直的直桿，在直桿上分別用柔軟細繩系上平均密度小于透明裝置中的流體密度的球A，平均密度大于透明裝置中的流體密度的球B，平均密度等于透明裝置中的流體密度的球A1；在透明裝置靠近上下底面的側壁畫上刻度線，在透明裝置靠近上下底部側壁對應球A、球B和球A1的豎直位置分別固定一參考柱；在小車兩端的同一水平直線上分別固定兩個彈簧，兩個彈簧的另一端固定在水平桌面的豎直柱上，使小車處于彈簧系統的自然狀態，在水平桌面上畫出球A、球B和球A1系在直桿位置處對應的標示線，所述球A、球B和球A1的外殼均為橡膠膜；將透明裝置的上蓋蓋好密封；球A1充氣的具體過程：將自行車氣密芯與氣球的口相連接固定密封，氣密芯的另一端與50毫升一次性注射器的安針頭柱相連接，將氣球置于透明裝置中緩慢充氫氣，待氣球剛剛要上浮，停止充氣，封閉好氣密芯，球A1上的氣密芯用柔軟不可伸縮的細繩系在直桿上，將透明裝置的上蓋蓋好密封；

演示時候，用手使小車偏離彈簧系統的自然狀態后釋放，球A1幾乎不相對小車運動、或者擺動幅度很小，球A、球B明顯偏離豎直位置，球A與小車加速度方向相同運動、球B與小車加速度方向相反運動；

當透明裝置系統相對地面有加速度時，其內部球A、球B和球A1各個物體都有一個慣性力；以球A為例，設V為球A體積，g為重力加速度，水平方向和豎直方向受到合力分別為：

水平方向受力：aV(-）

豎直方向受力：gV-gV＝gV(-）

則球A細繩與豎直線夾角滿足

其中，A為振幅、ω為角頻率、t為時間參量；

或者，去掉球A、球B，只留下球A1，給球A1充氫氣，使球A1處于豎直懸浮，然后將球A1上的氣密芯用柔軟不可伸縮的細繩系在直桿上，使球A1上的氣密芯緩慢漏氣，逐漸使球A1中氣體減少，將透明裝置的上蓋蓋好密封；

演示時：用手使小車偏離彈簧系統的自然狀態后釋放，最初球A1向與小車加速度同向偏離，隨著球A1中氣體減少，球A1逐漸靠近直桿系繩位置處的豎直位置，然后球A1偏離直桿系繩位置處并沿豎直位置下沉，球A1漸漸地偏離直桿上系繩位置處的豎直位置，球A1與小車加速度反向偏離，球A1的擺動周期與小車在水平方向的振動周期相同。