专利名称：合力测量仪的制作方法
合力测量仪，是建立力学基础理论不可缺少及替代的关键仪器。
合力测量仪，是将测力计附加一些附件而发明的。用测力计只能测量某些物体受到的作用力，用合力测量仪不但能测量出某些物体受到的作用力，而且测量出牛顿第一、二定律和伽利略的动力学实验结论不成立；机械能守恒定律不准确。即F≠ma，物体保持匀速直线运动合力不等于零；动能转化弹性势能不守恒，E1≠E2=12KX2=12FX]]>。并为机械能守恒定律的修改、动能公式和动能定理的推导，提供了可靠的科学依据。最主要的是用它们都能测出某些物体的合力、质量和速度，并概括出物体的速度与合力成正比；与质量成反比。数学表达式V=ΣFm]]>。为了计算的方便，方程式可写作∑F=kmv，式中的k是质量的系数。如果质量的单位是千克，则k=20。
将物体的合力∑F=kmv在力学中推广(可参阅附加文件《牛顿第二定律改正词》、《质量不随速度而改变》)，使力学基础理论从经验阶段飞跃到理论时期。
为了提高人们了解、利用和改造自然的能力，使某些高科技成果沿着低消耗、快节凑的轨道向前发展；推动人类的文明与进步，造福于民族造福于人类，对合力测量仪说明如下一、合力测量仪的命名合力测量仪这一类产品，是依照物体保持静止状态合力等于零，根据胡克定律F=KX，通过计算求出物体作用在合力测量仪上的力，再根据胡克定律、牛顿第三定律证明出物体的合力。所以把它们叫做合力测量仪，不叫合力计或器。
在物理课本中，只是把物体受到的作用力的合矢量称合力，见于合矢量与矢量和的物理意义基本相同，可将合力定义为物体受到的作用力的矢量和叫合力。则，测量合力的仪器叫做合力测量仪。
二、测量自由落体合力的基本原理竖直上抛物体在空中静止的时候，以地心为参照物，物体随地球转动做匀速圆周运动，在垂直地心方向的向心力与离心力的合力等于零；以地球为参照物，物体相对地面静止，物体受到的重力与物体的动能转变的内力(F=ES)]]>的合力等于零。在此把动能转变的内力叫做惯性力(将在《亚里士多德与伽利略》一文中阐明)。
由于物体将要做落体运动的时候，物体的惯性力与物体运动的方向相反，对物体做负功，重力所做的功被反向力克服掉了。
根据胡克定律、牛顿第三定律、自由落体的瞬时合力，等于作用在测力计上的力减去惯性力，等于物体的质量与速度的乘积。又因为物体最初做落体运动的时候，物体的惯性力约等于重力，所以做自由落体运动物体的瞬时合力，等于作用在测力计上的力，减去重力等于mv。减去重力的实质是减去惯性力，不能误认为重力是反向力。在具体测量自由落体的合力时，如果以重力使弹簧的伸长值为X=0计算X值，那么测出的物体的作用力，等于物体以某一速度运动不受测力计作用的合力。
三、合力测量仪的构造及使用方法(一)关于第一代合力测量仪的构造及使用方法1．第一代合力测量仪的构造第一代合力测量仪的结构主要有测力计、“工字”架、细钢丝(按照“上北下南”的说法，可以把它叫做指南针，其中有一侧带有力的刻度，相当于直尺)、试管四部分组成。
先将细钢丝固定在测力计上；再将测力计和试管固定在“工字”架上，就组合成合力测量仪。
第一代合力测量仪如附图(
图1)所示。
2．用第一代合力测量仪测量自由落体运动物体合力的基本方法(1)在合力测量仪适用的范围内，空气阻力较小可忽略不计的条件下，首先预定物体的运动时间，根据S=12at2]]>，计算出物体相对测力计上端以正加速度运动的位移S值(不包括物体减速运动的位移S值)，再根据S=12vt]]>，计算出物体与测力计初相互作用时的速度V值。分别用两条细线将物体与测力计连结在一起，连结好以后两条细线长度差，等于物体相对测力计上端以正加速度运动的位移S值。即L1-L2=S。
(2)使指南针平行于试管、垂直于“地心”，并对准试管的中心与墨水水平面的距离趋近于零处。
(3)用火烧断细线L2，如附图(图2)所示，物体就做落体运动，待物体相对测力计静止以后，可以看出等于用直尺量出指南针进入墨水的深度，结果等于指南针的位移S值，也等于用直尺量出了弹簧的伸长X值。
(4)将弹簧的伸长值代入胡克定律F=KX，便计算出物体的合力转化的作用力F值。也可直接从指南针的刻度读出作用力F值。
因为度量弹簧的伸长X值，是在重力使弹簧的伸长值X=0的基础上度量出来的，所以测量出来的作用力，完全是物体的合力转化的作用力，等于物体的合力。
表明物体的合力全部转化作用力的时候，机械能守恒，就取绝于“二力”出末的守恒。
合力测量仪第一代产品，存在系统误差、朴实、不便于测量的缺点。但是，它可以根据能量守恒定律，为修改机械能守恒定律、动能公式的推导，提供可靠的科学依据，有助于建立、学习和撑握力学基础理论。
(二)关于合力测量仪第二代产品的构造及使用方法1．第二代合力测量仪的构造合力测量仪的第二代产品与第一代产品不同的是将“工字”架左边再组合一个压力式合力测量仪。即合力测量仪的第二代产品，是把压力式和拉力式两个合力测量仪组合在一起构成的，它能进一步证明这类产品应该叫做合力测量仪。
压力式合力测量仪的构造主要有压力式测力计、细钢丝(按照“上北下南”的说法，可以把它叫做指南针，上面有力的刻，相当于直尺)、试管和“工字”架四部分组成。
第二代合力测量仪如附图(图3)所示。
2．用压力式合力测量仪测量自由落体运动物体的合力的基本方法(1)在合力测量仪适用的范围内，空气阻力较小可忽略不计的条件下，首先预定物体运动的时间，根据S=12at2]]>，计算出物体相对测力计以加速度运动的位移S值(不包括物体减速运动的位移S值)，再根据S=12vt]]>，计算出物体与测力计初相互作用时的速度V值。用一条细线将物体连结起来，再将细线穿过“工字”架上部的小孔后，使物体与测力计的上端的距离等于S值，用夹子夹住细线。由于合力测量仪组合时的原因，恰好物体的中心对准合力测量仪的中心；指南针对准装满墨水的试管中心，并与墨水的水平面距离趋近于零。
(2)打开夹子物体做落体运动，待指南针相对地面静止时，可以读出物体的合力转化的作用力。等于用直尺量出指南针进入墨水中后，露在墨水外的长度L。因为L等于弹簧的压缩值X(已经减去重力的压缩值)，将X值代入胡克定律F=-kx，就计算出物体的合力转化的作用力。
根据胡克定律、牛顿第三定律证明合力测量仪测得的作用力，等于物体以某一速度运动时，不受测力计的作用的合力。
通过多次改变物体与合力测量仪(包括第一、三代产品)相互作用时的速度V值，可以发现物体的速度与合力成正比。在物体的合力不变的条件下，多次改变物体的质量进行测量，还可以发现物体的速度与质量成反比。
概括出物体的速度与合力成正比；与质量成反比。数学表达式V=ΣFm]]>，合力的方向与物体运动和速度的方向相同。使质量是0.05千克的物体产生1米/秒速度的力叫做1牛顿。如果质量的单位是千克，质量的系数用K表示，则，K=20，物体运动的方程式写作∑F=KmV。
压力式合力测量仪较便于使用，在测量的物体运动的速度较小时，有系统误差较小的优点。
由上可见合力测量仪第一、二代产品，是推广素质教育、培养学生坚持唯物论和辩证唯物论、普及科学知识不可缺少及替代的教学仪器。也是科学研究的良好仪器。
(三)关于合力测量仪第三代产品的构造及使用方法1．第三代合力测量仪的构造第三代合力测量仪的结构主要有压力式测力计、电子显示器。将电子显示器显示的数据输入电子计算机的装置；电子计算机四部分组成(说明由于条件的制约本人不能具体组合，根据《专利法》，如果压力式测力计不能授予专利权，就放弃对第三代合力测量仪的专利申请)。
2．第三代合力测量仪的使用基本方法将压力式测力计受到的作用力，用电子显示器显示出来后，输入电子计算机计实。
具体使用应在测力计的适用范围内，使运动的物体的动能完全转化为弹性势能，就可测出物体的合力。
第三代合力测量仪能轻易的直接的测出牛顿第二定律的实验演示的结论和伽利略的动力学实验结论不成立。还能测出与水平面夹角不同并以较大的速度而运动的物体的合力和速度，以及物体受到空气的阻力和风力。也能测得某些物体动能的损失等。
第三代合力测量仪，可为气象、农业、工业、交通、航天、航空、国防等力学方面的高科技成果的研究提供很准确的数据。
合力测量仪第三代产品是某些高校教学和某些高科技成果研究的很好的仪器。
可见，合力测量仪的发明，是人类从愚昧走向文明的又一个重要标志。
附图(图1)的图面说明一、细钢丝右侧部分的作用当物体做落体运动的某一瞬时作用在测力计上的时候，细钢丝的位移S等于测力计的弹簧伸长X值。按照“上北下南”的说法，可以把它叫做指南针，下边部分有力的刻度，相当于直尺。
二、细钢丝左侧部分的作用保持指南针的平衡，使之在运动时指向“地心”。
三、将试管装满墨水的作用当落体运动的物体，作用在测力计上后瞬间静止时，计实指南针的位移S值。即计实等式F=kx中的F值或X值。就可以直接读出或计算出物体的合力转化的作用力，等于物体的合力。
四、测力计的倔强系数k=49牛顿/米。测力计中间部分有防测力计摆动的金属片。
五、“工字”架的上部宽35mm；下部宽是60mm至120mm“工字形”金属板中间部分是φ=20mm的钢管。根据材质不同可以有改动。
附图(图3)的图面说明一、细钢丝的作用当落体运动的物体作用在测力计上的时候，细钢丝的位移S等于测力计的弹簧压缩x值。按照“上北下南”的说法，可以把它叫做指南针，下面的部分有力的刻度，相当于直尺。另外，在弹簧左、右按装两个防测量误差的卡子。
二、将两个试管装满墨水的作用计实指南针的位移S值。即计实等式F=-kx中的F值。可以直接读出物体的合力转化的作用力，等于物体将要受到测力计作用时的合力。
如果两个指南针计实的F值不等，表明计实结果有误差。
三、“工字”架下面的“工字形”金属板相当于水平尺；上面的金属板有200mm的刻度。
四、由于本人没有制造压力式测力计的能力，又没见过此产品，是根据胡克定律，参照拉力式测力计和交通工具的减震器而设计绘制的，对于最适用的压力式测力计的直径和倔强系数不明了，所以，图中的压力式合力测量仪是示意图。
五、拉力式合力测量仪的图面说明见附1的说明。
权利要求
1.合力测量仪是将测力计加一些附件组合成的，第二代合力测量仪，是在“工字”架内主要用拉力式测力计、压力式测力计，带有力的刻度的细钢丝，试管组合成两个合力测量仪，其特征是在“工字”架对称两部分内的上边和下边，分别相应的组合成一个第一代合力测量仪和压力式合力测量仪；“工字”架下面部分相当于水平尺；上面部分有200mm的刻度。
2.根据权利要求1所述的合力测量仪，其特征是一侧有力的刻度的细钢丝固定在测力计上，测力计垂直固定在“工字”架上面的平板下面；上下可移动的试管用适宜的金属板条、镙丝固定在“工字”架内，金属板条过试管在测力计中下部的外围成管状；有力的刻度的细钢丝平行于试管，对准试管的中心，垂直于水平尺。
3.根据权利要求1所述的合力测量仪，其特征是压力式测力计，受外力作用时长度缩短，-KX=F。
4.根据权利要求1所述的合力测量仪，其特征是两侧下部有力的刻度的细钢丝，固定在压力式测力计上，可上下移动的压力式测力计，固定在“工字”架下面的平板上，并垂直于平板；测力计两边分别按装两个试管、两个同测力计一起可上下移动的防测量误差的卡子；有力的刻度的细钢丝垂直于试管，并对准试管的中心；在压力式测力计的纵向对称轴过“工字”架上部处是一个小孔。
全文摘要
合力测量仪是建立力学基础理论不可缺少及替代的关键仪器。合力测量仪是将测力计加一些附件而发明的。测力计只测量某些物体受到的作用力,合力测量仪不但能测量某些物体受到的作用力,还能测量出牛顿第二定律不成立、物体的速度与合力成正比;与质量成反比。方程式:∑F=kmv。将∑F=kmv在力学中推广,使力学基础理论从经验阶段飞跃到理论时期。合力测量仪可以为研究某些高科技成果提供科学的数据。
文档编号G09B23/08GK1307230SQ001012
公开日2001年8月8日 申请日期2000年1月22日 优先权日2000年1月22日
发明者王少华 申请人:王少华