[發明專利]一種自由落體撞擊實驗裝置及實驗方法

在審

• 申請號: 202110112674.0
• 申請日: 2021-01-27
• 公開（公告）號: CN112924304A
• 公開（公告）日: 2021-06-08
• 發明（設計）人: 陳聰;王獻恒;劉巖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01N3/303
• 分類號: G01N3/303;G01N3/06;G01N3/02
• 代理公司: 北京清亦華知識產權代理事務所(普通合伙) 11201
• 代理人: 杜德海

本發明公開了一種自由落體撞擊實驗裝置，所述自由落體撞擊實驗裝置包括機架、釋放組件、撞擊組件和觀測組件，所述釋放組件包括用于調節撞擊物位置的位置調節器和用于釋放撞擊物的釋放器，所述撞擊組件包括撞擊板，所述撞擊板與所述機架可樞轉地相連，且所述撞擊板位于所述釋放組件下方，所述撞擊板由透明材質制成，所述觀測組件包括平面反射鏡，所述平面反射鏡設在所述機架上且位于所述撞擊板下方，所述平面反射鏡與水平面之間的夾角可調所述第一高速攝像機與所述平面反射鏡相對設置以便接收從所述平面反射鏡反射的光線。本發明的自由落體撞擊實驗裝置具有穩定性好、可靠性強、全方位多角度實時觀測、易于調節的特點。

技術領域

本發明涉及實驗設備技術領域，具體地，涉及一種自由落體撞擊實驗裝置及實驗方法。

背景技術

作為沖擊的一種常見類型，自由落體撞擊指的是一個具有質量的物體或結構以某一高度在重力作用下無初速度落下，撞擊到另一個物體的行為，兩個物體的接觸過程具有非常復雜的力學和物理現象。事實上，由于撞擊物和被撞擊的遮擋，導致撞擊點的變形過程無法被觀測到，使得分析撞擊過程的力學和物理現象變得更加困難，因此對自由落體撞擊行為的研究就顯得尤其重要。

發明內容

本發明是基于發明人對以下事實和問題的發現和認識做出的：

撞擊物在碰撞前的處于不穩定自旋狀態，碰撞時的狀態無法被準確觀測到，且撞擊物和撞擊裝置的遮擋使觀測點無法直接觀測到，均對實驗結果造成了極大的影響，使結果的分析比較困難。

本發明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發明的實施例提出一種能夠有效觀測撞擊過程的自由落體撞擊裝置。

根據本發明實施例的自由落體撞擊實驗裝置包括機架、釋放組件、撞擊組件和觀測組件，所述釋放組件包括用于調節撞擊物位置的位置調節器和用于釋放撞擊物的釋放器，所述位置調節器設在所述機架頂部，且所述位置調節器在所述機架的頂部沿正交于所述機架的高度方向的方向可移動，所述撞擊組件包括撞擊板，所述撞擊板與所述機架可樞轉地相連，且所述撞擊板位于所述釋放組件下方，所述撞擊板由透明材質制成，所述觀測組件包括平面反射鏡，所述平面反射鏡設在所述機架上且位于所述撞擊板下方，所述平面反射鏡與水平面之間的夾角可調，所述第一高速攝像機與所述平面反射鏡相對設置以便接收從所述平面反射鏡反射的光線。

根據本發明實施例的自由落體撞擊實驗裝置能夠通過高速攝像機直接觀測到撞擊過程，同時消除撞擊物初始速度對實驗結果的影響，具有穩定性好、可靠性強、全方位多角度實時觀測、易于調節和安全可靠的特點。

在一些實施例中，所述觀測組件還包括第二高速攝像機，所述第二高速攝像機為多個，且多個所述第二高速攝像機環繞在所述機架外面，多個所述第二高速攝像機中的一者與所述撞擊板在水平方向上相對設置。

在一些實施例中，所述觀測組件還包括用于向所述平面反射鏡發生光線的補光燈。

在一些實施例中，所述位置調節器包括：

第一螺桿，所述第一螺桿可旋轉地設在所述機架上，所述第一螺桿沿第一水平方向延伸；

本體，所述本體與所述第一螺桿螺紋配合以便所述本體相對所述第一螺桿和所述機架沿所述第一水平方向移動，所述本體支撐在所述機架上；和

第二螺桿，所述第二螺桿沿第二水平方向延伸，所述第一水平方向和所述第二水平方向垂直，其中所述第二螺桿與所述本體螺紋配合以便所述第二螺桿相對所述本體和所述機架沿所述第二水平方向移動。

在一些實施例中，所述釋放器為夾繩器，所述釋放組件還包括

連接繩，所述連接繩的一端與所述撞擊物相連，另一端與所述夾繩器相連；

第三螺桿，所述第三螺桿可旋轉地設在所述機架上，所述第三螺桿沿第二水平方向延伸；