卧式平面汇交力系的等效实验台的制作方法
【专利摘要】一种卧式平面汇交力系的等效实验台，由滑轮、绳索、可移动和转动的支架、砝码盘、砝码可移动和转动的量角刻度盘、实验台等组成，通过轴连接滑轮后，在实验台上固定，绳索分别绕对应的滑轮后分别连接砝码盘，验证同向力、反向力，其它复杂条件下的平面汇交力系分力与合力的等效性，通过读取砝码质量和测量绳索间平衡条件下与绳索Ⅱ的夹角，获得复杂的平面汇交力系情况下，力的等效与替换、合力与分力的条件，进一步验证平行四边形法则。本实用新型只借助重力作为实验的源动力，不需要任何其它动力，低碳环保；实验桌可以使用任意有边沿的桌子，不需要单独定制实验桌，节省实验桌的开支；整套装置携带方便，不需要单独实验室，在教室或寝室等有操作空间的场所均可进行实验；实验设备简洁、直观、易学。
【专利说明】卧式平面汇交力系的等效实验台
【技术领域】
[0001]本实用新型属于教育行业中高中物理、力学类课程及工程设计与结构分析中静力学研究的【技术领域】，特别涉及一种力系，即:各力作用线在同一平面内且汇交于一点的力系(称为平面汇交力系)的等效转换，如:在一个平面上，多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的设备。
【背景技术】
[0002]各力作用线在同一平面内且汇交于一点的力系称为平面汇交力系。平面汇交力系是最简单、最基本的力系。理论力学中平面汇交力系的解题方法有两种:即几何法和解析法。平面汇交力系的等效实验台是一种在一个平面内各种条件，如:作业线延长线重合、二力、三力及多力交汇一点等情况下检测受力平衡条件的一种实验台。在研究探索汇交力系平衡条件、利用平衡条件求未知力和新结构的设计与分析过程中，也是一种不可或缺的重要验证设备。目前高中物理中有使用弹簧秤和细绳测量力的大小与方向的简单的验证性实验方式；结构力学中检验桁架受力变形量的使用设备；而工程力学实验中，多是测量材料力学性能的使用设备，尚未发现对其受力性质、等效分析、分解与合成进行原理性实验的机器设备的研究和应用。
【发明内容】
[0003]本实用新型的目的是提供一种通过重物、绳索、滑轮和量角器搭建的一个平面汇交力系，完成不同位置施加不同或相同载荷、在不同角度安置不同的重物，通过绳索与量角器连接起来，达到平衡时，绳索间的角度与重物质量的关系，从而验证平面汇交力系的平衡条件和等效作用，借助于平面汇交力系的实际重物施加力的重力值与各绳索之间达到平衡时的角度之间的关系，达到验证平行四边形法则的作用，检测结构内受力条件的实验装置。
[0004]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0005]一种卧式平面汇交力系的等效实验台，其特征是:量角刻度盘12通过盘轴11固定在量角刻度盘座13上，量角刻度盘座13上安装量角刻度盘座万向轮14后放置在实验桌I上；滑轮I 5通过支架轴I 7和支架I 8安装在旋转盘I 6上，旋转盘I 6活动安装在支座
I9上，支座I 9通过支座锁定螺钉I 10固定在实验桌I上；绳索I 4的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮I 5与砝码盘I 3连接使砝码盘I 3垂直悬挂，砝码I 2放置在砝码盘
I3上；滑轮II 15通过支架轴II 16和支架II 17安装在旋转盘II 32上，旋转盘II 32活动安装在支座II 31上，支座II 31通过支座锁定螺钉II 30固定在实验桌I上；绳索II 18的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮II 15与砝码盘II 29连接使砝码盘II 29垂直悬挂，砝码
II28放置在砝码盘II 29上；滑轮III 19通过支架轴III 20和支架III 21安装在旋转盘III 22上，旋转盘III 22活动安装在支座III 23上，支座III 23通过支座锁定螺钉III 24固定在实验桌
I上；绳索III 25的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮III19与砝码盘III 27连接使砝码盘
III27垂直悬挂,破码III 26放置在破码盘III 27上；绳索IV 54的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮IV 62与砝码盘IV 61连接；滑轮V 63通过支架V 60安装在支座V 59上，支座V 59通过支座锁定螺钉V 56固定在实验桌I上；绳索V 55的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮V 63与砝码盘V 57连接，砝码V 58放置在码盘V 57上。
[0006]本实用新型的有益效果:本实用新型通过支架和支座连接滑轮I 一 V后，用支座锁定螺钉I 一V固定在实验桌上，绳索I 一V分别绕对应的滑轮后分别与砝码盘和砝码连接，验证复杂条件下的平面汇交力系分力与合力的等效性，通过读取砝码质量和测量绳索间实际工作条件下与绳索间的夹角，获得复杂的平面汇交力系情况下力的等效与替换、合力与分力的条件，进一步验证平行四边形法则；由于量角刻度盘和量角刻度盘座的水平放置，并有量角刻度盘座万向轮支撑，可在实验桌上移动，绳索的垂直力经过滑轮转变为水平力，所以，量角刻度盘、量角刻度盘座和量角刻度盘座万向轮的质量对实验没有影响。本实用新型只借助重力作为实验的源动力，不需要任何其它动力，低碳环保；实验桌可以使用任意有边沿的桌子，不需要单独定制实验桌，节省实验桌的开支；整套装置携带方便，不需要单独实验室，在教室或寝室等有操作空间的场所均可进行实验；实验设备简洁、直观、易学。
【专利附图】
【附图说明】
[0007]图1是本实用新型的结构示意图；
[0008]图2是图1的俯视图；
[0009]图3是图1的多力平衡时的俯视图；
[0010]图4是图3的多力平衡时的主视图。
[0011]图中:1.实验桌，2.砝码I，3.砝码盘I，4.绳索I，5.滑轮I，6.旋转盘I，
7.支架轴I，8.支架I，9.支座I，10.支座锁定螺钉I，11.盘轴，12.量角刻度盘，13.量角刻度盘座，14.量角刻度盘座万向轮，15.滑轮II，16.支架轴II，17.支架II，18.绳索II，19.滑轮III，20.支架轴III，21.支架III，22.旋转盘III，23.支座III，24.支座锁定螺钉III，25.绳索III，26.砝码III，27.砝码盘III，28.砝码II，29.砝码盘II，30.支座锁定螺钉II，
31.支座II，32.旋转盘II，33.虚拟位置I，34.虚拟位置II，35.虚拟位置III，36.虚拟位置IV A位,37.虚拟位置IV B位,38.虚拟位置V A位,39.虚拟位置V B位,40.虚拟位置VI A位，41.虚拟位置VI B位,42.虚拟位置VL 43.虚拟位置VDIA位,44.虚拟位置VDIB位,45.虚拟位置IX，46.虚拟位置X A位,47.虚拟位置X B位,48.虚拟位置XI, 49.虚拟位置ΧΠ,50.虚拟位置XIII，51.量角刻度盘刻度，52.虚拟位置XIV A位，53.虚拟位置XIVB位，54.绳索IV，55.绳索V，56.支座锁定螺钉V，57.砝码盘V，58.砝码V，59.支座V，60.支架V，61.砝码盘IV，62.滑轮IV，63.滑轮V。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
[0013]一种卧式平面汇交力系的等效实验台，是基于多种力在一个平面内汇交一点的，设计性创造多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的平面汇交力系的等效实验设备。其具体结构如图1-4所示，量角刻度盘12通过盘轴11固定在量角刻度盘座13上,量角刻度盘座13上安装量角刻度盘座万向轮14后放置在实验桌I上；滑轮I 5由支架轴I 7和支架I 8安装在旋转盘I 6上，旋转盘I 6活动安装在支座I 9上，支座I 9通过支座锁定螺钉I 10固定在实验桌I上；绳索I 4的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮I 5与砝码盘I 3连接使砝码盘I 3垂直悬挂，砝码I 2放置在砝码盘I 3上；滑轮II 15通过支架轴II 16和支架II 17安装在旋转盘II 32上，旋转盘II 32活动安装在支座II 31上，支座II 31通过支座锁定螺钉II 30固定在实验桌I上；绳索II 18的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮II 15与砝码盘II 29连接使砝码盘II 29垂直悬挂，砝码II 28放置在砝码盘
II29上；滑轮III19通过支架轴III 20和支架III 21安装在旋转盘III 22上，旋转盘III 22活动安装在支座III 23上，支座III 23通过支座锁定螺钉III 24固定在实验桌I上；绳索III 25的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮III19与砝码盘III 27连接使砝码盘III 27垂直悬挂，砝码
III26放置在砝码盘III 27上；绳索IV 54的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮IV 62与砝码盘IV 61连接；滑轮V 63通过支架V 60安装在支座V 59上，支座V 59通过支座锁定螺钉V 56固定在实验桌I上；绳索V 55的一端与盘轴11连接，另一端绕过滑轮V 63与砝码盘V 57连接，砝码V 58放置在码盘V 57上。
[0014]本实用新型使用时，分别增减垂直悬挂的砝码盘I 3、砝码盘II 29和砝码盘III 27上的砝码I 2、砝码II 28和砝码III 26的质量，绳索I 4、绳索II 18和绳索III 25因重力的作用，牵动盘轴11、量角刻度盘座13和量角刻度盘座万向轮14在实验桌I上移动，使三力汇交力系达到平衡后，读取砝码I 2、砝码II 28和砝码III 26的质量，在量角刻度盘刻度51上测得绳索III 25与绳索II 18、绳索I 4与绳索II 18和绳索I 4与绳索III 25在平衡状态下的夹角，获得三个拉力的平衡条件，验证平行四边形法则。
[0015]松动锁定螺钉I 10，支座I 9沿实验桌I边沿移动至虚拟位置I 33、虚拟位置
II34、虚拟位置III 35或虚拟位置IV A位36上，锁紧锁定螺钉I 10固定支座I 9，分别增减砝码I 2、砝码II 28和砝码III 26的质量，使三力汇交力系达到新的平衡后，读取砝码I 2、砝码II 28和砝码III 26的质量，测得绳索III 25与绳索II 18、绳索I 4与绳索II 18和绳索
I4与绳索III25在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力的平衡条件，验证平行四边形法则，在新平衡位置，绳索III 25与绳索II 18、绳索I 4与绳索II 18和绳索I 4与绳索III 25间的夹角发生变化，在虚拟位置IV A位36上的支架I 8绕旋转盘I 6可旋至虚拟位置IV B位37。
[0016]松动锁定螺钉II 30，支座II 31沿实验桌I边沿移动至虚拟位置I 33或虚拟位置
II34或虚拟位置III 35或虚拟位置IV A位36或虚拟位置V A位38或虚拟位置VI A位40或虚拟位置Vn 42或虚拟位置VDIA位43或虚拟位置IX 45或虚拟位置X A位46或虚拟位置XI 48或虚拟位置ΧΠ 49或虚拟位置XIII 50或虚拟位置XIV A位52上,锁紧锁定螺钉II 30固定支座II 31，分别增减砝码I 2、砝码II 28和砝码III 26的质量，使三力汇交力系达到新的平衡后，读取砝码I 2、砝码II 28和砝码III 26的质量，测得绳索III 25与绳索II 18、绳索I 4与绳索II 18和绳索I 4与绳索III 25在新平衡状态下的夹角，获得三个拉力的平衡条件，验证平行四边形法则，在新平衡位置，绳索III 25与绳索II 18、绳索I 4与绳索II 18和绳索I 4与绳索III 25间的夹角发生变化，在虚拟位置IV A位36上的支架可旋至虚拟位置
IVB位37或虚拟位置V A位38可旋至虚拟位置V B位39或虚拟位置VI A位40可旋至虚拟位置VI B位41或虚拟位置VDIA位43可旋至虚拟位置VDI B位44或虚拟位置X A位46可旋至虚拟位置X B位47或虚拟位置XIV A位52可旋至虚拟位置XIV B位53。
[0017]当绳索II 18绕滑轮I 5或滑轮III19达到平衡时，验证三力平衡特例的二力平衡。
[0018]绳索IV 54绕滑轮IV 62与砝码盘IV 61连接，绳索V 55绕滑轮V 63与砝码盘V 57连接，放入砝码V 58，达到新的平衡后，读取各砝码的质量，测得绳索I 5、绳索II 13、绳索III40、绳索IV54和绳索V 55在新平衡状态下相互间的夹角，获得四个拉力或五个拉力的平衡，验证多力情况下的平行四边形法则。
【权利要求】
1.一种卧式平面汇交力系的等效实验台，其特征是:量角刻度盘(12)通过盘轴(11)固定在量角刻度盘座(13)上，量角刻度盘座(13)上安装量角刻度盘座万向轮(14)后放置在实验桌(1)上；滑轮I (5)通过支架轴I (7)和支架I (8)安装在旋转盘I (6)上，旋转盘I(6)活动安装在支座I (9)上，支座I (9)通过支座锁定螺钉I (10)固定在实验桌(1)上；绳索I (4)的一端与盘轴(11)连接，另一端绕过滑轮I (5)与砝码盘I (3)连接使砝码盘I (3)垂直悬挂，砝码I (2)放置在砝码盘I (3)上；滑轮II (15)通过支架轴II (16)和支架II (17)安装在旋转盘II (32)上，旋转盘II (32)活动安装在支座II (31)上，支座II (31)通过支座锁定螺钉II (30)固定在实验桌(1)上；绳索II (18)的一端与盘轴(11)连接，另一端绕过滑轮II (15)与砝码盘II (29)连接使砝码盘II (29)垂直悬挂，砝码II (28)放置在砝码盘II (29)上；滑轮III (19)通过支架轴III(20)和支架III(21)安装在旋转盘III(22)上，旋转盘III (22)活动安装在支座III (23)上，支座III (23)通过支座锁定螺钉III (24)固定在实验桌(1)上；绳索111(25)的一端与盘轴(11)连接，另一端绕过滑轮111(19)与砝码盘111(27)连接使砝码盘111(27)垂直悬挂，砝码III(26)放置在砝码盘111(27)上；绳索IV(54)的一端与盘轴(11)连接，另一端绕过滑轮IV (62 )与砝码盘IV (61)连接；滑轮V (63 )通过支架V(60)安装在支座V (59)上，支座V (59)通过支座锁定螺钉V (56)固定在实验桌(1)上；绳索V(55)的一端与盘轴(11)连接，另一端绕过滑轮V (63)与砝码盘V (57)连接，砝码V (58)放置在码盘V (57)上。
【文档编号】G09B23/10GK204130020SQ201420599296
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年10月17日 优先权日:2014年10月17日
【发明者】董炯, 姚立昂, 董逸翔, 张英 申请人:董炯