[發明專利]以磁性庫侖力作為恢復力的機械振動裝置

在審

• 申請號: 202211517491.8
• 申請日: 2022-11-29
• 公開（公告）號: CN115938199A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 范光華;饒文杰;程璽琮;朱競陽;劉會英;王延深
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: G09B23/08
• 分類號: G09B23/08;G09B23/10
• 代理公司: 威海聚睿知識產權代理事務所(普通合伙) 37352
• 代理人: 丁宏斌

本發明公開了一種以磁性庫侖力作為恢復力的機械振動裝置，包括底座，底座上設有支架，設有導軌、左端固定磁鐵、右端固定磁鐵和中間可動磁鐵，其中，導軌左、右兩端經支架固定在底座上，導軌從左到右依次設有左端磁鐵、中間磁鐵和右端磁鐵，所述左端磁鐵、右端磁鐵與導軌固定連接，中間磁鐵套在導軌上，左端磁鐵的右端磁性與中間磁鐵的左端磁性相同，右端磁鐵的左端磁性與中間磁鐵的右端磁性相同，中間磁鐵在偏離初始平衡位置后，可在磁鐵之間的磁力作用下沿導軌往復運動，形成簡諧振動，既可以用于展示說明平方反比律作用力作用下的機械振動，又可以作為一種簡諧振動，開展與磁鐵的質量，磁感應強度，磁鐵之間的距離有關的實驗。

技術領域

本發明涉及實驗儀器技術領域，具體而言是構建一種基于平方反比率作用力的機械振動實驗裝置，也即一種新型的磁性機械振子，其振動為簡諧振動。

背景技術

目前力學中常見的簡諧振動實驗裝置，例如彈簧振子，單擺，復擺，倒擺等等，都是在與位移成正比的恢復力，或者與角位移成正比的恢復力矩作用下的簡諧振動實驗裝置。產生簡諧振動的原因是恢復力都是大小與位移成正比的保守力。這些簡諧振動的頻率與彈簧或卷簧的倔強系數，擺的質量或轉動慣量，擺長，以及重力加速度有關。

根據力學理論，向心力也是保守力，向心力的大小與作用距離不成正比，因此其導致的振動問題可能與上述振動很不相同。不過，關于向心力作用下的振動問題，在大中專院校的物理課的力學部分卻沒有介紹。目前常見的三種向心力是萬有引力，電荷間的庫侖力，以及磁鐵間的磁性庫侖力，這三種作用力都是服從平方反比律。利用萬有引力作為恢復力構建的機械振動裝置非常少見。利用電荷間的庫侖力作為恢復力構建的機械振動裝置也非常少見，并且應用時存在放電的問題，有一定的危險性。目前未見利用磁性庫侖力作為恢復力構建的機械振動裝置。本專利就是一種以磁性庫侖力作為恢復力的機械振動裝置，其可以用于展示說明平方反比律作用力作用下的機械振動，這種振動也是一種簡諧振動，與磁鐵的質量，磁感應強度，磁鐵之間的距離有關。

發明內容

針對以上背景介紹，本發明設計了一種以磁性庫侖力作為恢復力的機械振動裝置，既可以用于展示說明平方反比律作用力作用下的機械振動，又可以作為一種簡諧振動，開展與磁鐵的質量，磁感應強度，磁鐵之間的距離有關的相關實驗。

為了實現上述功能，本發明采用以下技術方案：

一種以磁性庫侖力作為恢復力的機械振動裝置，包括底座(1)，底座上設有支架，其特征在于：設有導軌(2)、左端固定磁鐵（3）、右端固定磁鐵（4）、中間可動磁鐵(5)、左端固定支撐臺（6）和右端固定支撐臺（7），其中，導軌（2）左、右兩端經支架固定在底座（1）上，導軌從左到右依次設有左端磁鐵（3）、中間磁鐵（5）和右端磁鐵（4），所述左端磁鐵（3）、右端磁鐵（4）與導軌固定連接，中間磁鐵（5）套在導軌上，左端磁鐵（3）的右端磁性與中間磁鐵（5）的左端磁性相同，右端磁鐵（4）的左端磁性與中間磁鐵（5）的右端磁性相同，中間磁鐵（5）在偏離初始平衡位置后，可在磁鐵之間的磁力作用下沿導軌往復運動，形成簡諧振動。

所述支架包括，左端固定支撐臺（6）和右端固定支撐臺（7），左端固定支撐臺（6）和右端固定支撐臺（7）整體安裝在底座(1)上。

作為本發明進一步的方案，導軌(2)上套上左端磁鐵（3）、右端磁鐵（4）、以及中間可動磁鐵(5)?，三者共軸。

作為本發明進一步的方案，中間可動磁鐵（5）在偏離初始平衡位置后，可在磁鐵之間的磁力作用下沿導軌往復運動，形成簡諧振動。

作為本發明進一步的方案，中間磁鐵（5）底部設有光電門，在簡諧振動現象持續的同時測得磁性振子的振動頻率。

作為本發明進一步的方案，可以在中間磁鐵（5）的端面設有激光測距式傳感器，采集振動波形的數據，連接至示波器以顯示其振動波形圖，也可以連接至計算機上以顯示其振動波形圖，以驗證實驗規律。

作為本發明進一步的方案，所述導軌為圓柱形導桿。