一種用于研究動力學(xué)的裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于動力學(xué)研究裝置領(lǐng)域，尤其是研究圓周運動所涉及到的動力學(xué)裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] -個細(xì)線拴著一個重物在堅直平面做圓周運動，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(xiàn)這個現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)公開 了一種研究圓周運動的裝置：堅直面板，位于堅直面板下端用于支撐堅直面板的底座，堅直 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，磁柱一端吸附于堅直面 板，磁柱另一端栓接一根細(xì)線，細(xì)線的上端栓接于磁柱，細(xì)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(xì)線處于直線狀態(tài)；2,細(xì)線偏離堅直 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(dá)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(zhì)量，用v表示重 物經(jīng)過最低點的速度，用r表示重物圓周運動的半徑，推導(dǎo)得到r=mg+ ?nf，于是，得到 r 最低點速度V越大，拉力T越大的結(jié)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(fā)現(xiàn)：磁柱并沒用在重物處于 最低點倒下，而是明顯經(jīng)過了最低點以后，磁柱才倒。實驗操作者重復(fù)實驗多次，每次都錄 制視頻并逐幀播放，均發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。這個現(xiàn)象和理論不符。這個現(xiàn)象之前沒有被人發(fā)現(xiàn)過： 要慢速播放才可以觀察到這個現(xiàn)象。從重物經(jīng)過最低點到磁柱倒掉，大約歷時〇. 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(nèi)，重物經(jīng)過的路程大約 是振幅的三分之二，細(xì)線和堅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(xiàn)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(xiàn)象。
[0003] 嚴(yán)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(xué)的教學(xué)。換 句話說：要研發(fā)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。
[0004] 既然要研發(fā)新的裝置，就要知道現(xiàn)有裝置的問題出在哪里。有兩種說法：1，細(xì)線 的形變需要時間，這個時間大約是0.2s，等細(xì)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(jīng)過最低點就已經(jīng)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(fù)雜的理論問題。
[0005] 關(guān)于此現(xiàn)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。
[0006] 本發(fā)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(xiàn)有裝 置的不足之處，并且達(dá)到實驗現(xiàn)象和理論相符的有益效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)不足所采用的技術(shù)方案是： 一種用于研究動力學(xué)的裝置，包括堅直面板，位于堅直面板下端用于支撐堅直面板的 底座，堅直面板由鐵制成，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 于堅直面板，磁柱另一端栓接一根細(xì)線， 細(xì)線的上端栓接于磁柱，細(xì)線的下端懸掛一個用來做圓弧運動的球形重物，其特征 是： 堅直面板固定連接一個用于使重物經(jīng)過平衡位置后不受細(xì)線拉力并且約束重物運動 的夾持裝置，所述夾持裝置是這樣的： 夾持裝置設(shè)有用于約束重物運動的圓弧形導(dǎo)軌，圓弧形導(dǎo)軌在堅直平面的剖面形狀為 圓弧形，圓弧形導(dǎo)軌所在各切面垂直于堅直面板， 圓弧形導(dǎo)軌的曲率半徑小于軌跡線的半徑， 圓弧形導(dǎo)軌最下端的切線是水平方向，圓弧形導(dǎo)軌最下端位置略低于軌跡線的最低 點， 圓弧形導(dǎo)軌上端距磁柱的距離小于軌跡線的半徑， 圓弧形導(dǎo)軌的兩個側(cè)面均固定連接有側(cè)板，側(cè)板所在平面為堅直平面，兩個側(cè)板的內(nèi) 面均貼敷有由彈性材料制成的、用于夾持重物的夾塊，夾塊在距導(dǎo)軌相同距離處其水平方 向的厚度是這樣變化的：圓弧形導(dǎo)軌的下端夾塊較薄，圓弧形導(dǎo)軌的上端夾塊較厚。
[0008] 垂直于圓弧形導(dǎo)軌切面且同時垂直于堅直面板的方向，夾塊的厚度是這樣變化 的：距離圓弧形導(dǎo)軌較近處，夾塊較薄，距離圓弧形導(dǎo)軌較遠(yuǎn)處，夾塊較厚。
[0009] 沿著圓弧形導(dǎo)軌最下端到上端經(jīng)過的弧長為細(xì)線長度的十分之一至三十分之一。
[0010] 本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，用本發(fā)明做相關(guān)實驗，可以讓實驗現(xiàn)象和理論分析完美相符。
【附圖說明】
[0011] 圖1是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖。
[0012] 圖2是現(xiàn)有技術(shù)的測試圖。
[0013] 圖3是本發(fā)明實施例一的正視圖。
[0014] 圖4是本發(fā)明實施例一的局部俯視圖。
[0015] 圖5是本發(fā)明實施例一的局部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016] 圖6是本發(fā)明實施例一的局部剖面圖。
[0017] 圖7是本發(fā)明實施例二的局部剖面圖。
[0018] 圖中：1_堅直面板，2-底座，3-磁柱，4-細(xì)線，5-重物，51-軌跡線，7-夾持裝置， 71-圓弧形導(dǎo)軌最下端，72-圓弧形導(dǎo)軌，73-側(cè)板，74-夾塊。
【具體實施方式】
[0019]附圖1、2分別是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖和側(cè)視圖：現(xiàn)有技術(shù)包括堅直面板1，位于堅直 面板1下端用于支撐堅直面板1的底座2,堅直面板1由鐵制成，還包括一個由永磁體制成 的、形狀為柱狀的磁柱3,磁柱3 -端吸附于堅直面板1，磁柱3另一端栓接一根細(xì)線4,細(xì)線 4的上端栓接于磁柱3,細(xì)線4的下端懸掛一個用來做圓弧運動的重物5。
[0020] 實施例一 參見附圖3,是本發(fā)明的正視圖，一種用于研究動力學(xué)的裝置，包括堅直面板1，位于堅 直面板1下端用于支撐堅直面板1的底座2,堅直面板1由鐵制成，還包括一個由永磁體制 成的、形狀為柱狀的磁柱3,磁柱3 -端吸附于堅直面板1，磁柱3另一端栓接一根細(xì)線4， 細(xì)線4的上端栓接于磁柱3,細(xì)線4的下端懸掛一個用來做圓弧運動的球形重物5,其 特征是： 堅直面板1固定連接一個用于使重物5經(jīng)過平衡位置后不受細(xì)線4拉力并且約束重物5運動的夾持裝置7,所述夾持裝置7是這樣的（附圖4是夾持裝置7的俯視圖，并且表示重 物5在平衡位置時和夾持裝置7的位置關(guān)系--僅表明堅直方向的位置關(guān)系，附圖5是 夾持裝置7的結(jié)構(gòu)示意圖。）： 夾持裝置7設(shè)有用于約束重物5運動的圓弧形導(dǎo)軌72,圓弧形導(dǎo)軌72在堅直平面的剖 面形狀為圓弧形，圓弧形導(dǎo)軌72所在各切面垂直于堅直面板1， 圓弧形導(dǎo)軌72的曲率半徑小于軌跡線51的半徑， 圓弧形導(dǎo)軌最下端71的切線是水平方向，圓弧形導(dǎo)軌最下端71位置略低于軌跡線51 的最低點， 圓弧形導(dǎo)軌72上端距磁柱3的距離小于軌跡線51的半徑， 圓弧形導(dǎo)軌72的兩個側(cè)面均固定連接有側(cè)板73,側(cè)板73所在平面為堅直平面，兩個 側(cè)板73的內(nèi)面均貼敷有由彈性材料制成的、用于夾持重物5的夾塊74,夾塊74在距導(dǎo)軌相 同距離處其水平方向的厚度是這樣變化的：圓弧形導(dǎo)軌72的下端夾塊74較薄，圓弧形導(dǎo)軌 72的上端夾塊74較厚。
[0021] 解釋：軌跡線51，軌跡線51是指重物5做圓弧形運動（也可以稱為單擺運動，同時 也是圓周運動的一段?。r，重物5的最下端經(jīng)過的軌跡。理所當(dāng)然，軌跡線51是一段圓 弧。
[0022] 夾塊74可以由海綿制成。
[0023] 使用方法：把磁柱3吸附于堅直面板1，讓重物5偏離平衡位置，并且確保細(xì)線4 的形狀為直線，并且確保細(xì)線4平行于堅直面