一种机械力学演示装置的制作方法

本实用新型属于机械力学教具技术领域，尤其涉及一种机械力学演示装置。

背景技术：

力学是机械专业中的一门重要学科，用来分析计算各种力，以便于机械设计。离心力是一种虚拟力或称惯性力，它使旋转的物体远离它的旋转中心。在通常语境下，离心力并不是真实存在的力。它的作用只是为了在旋转参考系下，牛顿运动定律依然能够使用。在惯性参考系下是没有惯性力的，在非惯性参考系下才需要有惯性力，否则牛顿运动定律不能使用。在牛顿力学里，离心力曾被用于表述两个不同的概念：在一个非惯性参考系下观测到得一个惯性力，和向心力的反作用力。

离心力较为抽象，在实际教学中难以被理解，且使用现有的教学教具难以直观的表达出影像离心力大小的变量因素，教学效果较差，因此，特提出本实用新型。

技术实现要素：

实用新型目的

为解决上述问题，本实用新型提供一种机械力学演示装置，具备可以客观表达出离心力大小的变量因素的优点。解决了现有的教学教具教学效果较差的问题。

实用新型技术解决方案

为实现上述客观的表达出离心力大小的变量因素的目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种机械力学演示装置，包括箱体，所述箱体的内壁底部固定连接有f形架，所述f形架的下部固定有调节架，所述调节架的顶部设置有拉力计，所述f形架的顶部转动连接有l形方管，所述f形架的上部固定有固定方管，所述l形方管和固定方管的内壁分别滑动连接有第一方柱和第二方柱，且第二方柱的底端与拉力计的上部牵引端固定连接，所述第一方柱和第二方柱的相对面分别转动连接连接杆的两端，所述第一方柱的上端固定连接有绳带，所述绳带的上端穿过l形方管固定连接有小球，所述箱体的顶部安装有变频电机，且变频电机的下部输出端与l形方管的上端固定连接，所述拉力计和变频电机分别电连接外部电源。

优选的，所述调节架包括螺环，所述螺环与f形架的下部螺接，所述螺环的底端外壁转动连接有连杆，所述连杆的左端固定有托板，且拉力计固定安装在托板的顶部，所述f形架的上部的前表面和后表面均固定有板条，且连杆贯穿两个所述板条的下部间隙，所述板条的外壁刻印有刻度标识。

优选的，所述第一方柱和第二方柱的外壁的上部和下部均镶嵌有滚珠，所述滚珠的外壁与l形方管或固定方管的内壁滑动连接。

优选的，所述l形方管的左侧面的前部和后部均固定连接有翼板。

优选的，所述小球的外壁包裹有橡胶套。

优选的，所述箱体的底面四角均固定连接有减震底座。

本实用新型的优点：

1、该一种机械力学演示装置，通过变频电机带动l形方管和第一方柱转动，进而带动小球做圆周运动，并通过绳带向上拉动拉力计的上部牵引端，从而直观的显示出小球离心力的大小，方便理解离心力；

2、该一种机械力学演示装置，通过改变调节架的高度，进而调节绳带伸出l形方管的长度，即可调节小球的旋转半径，通过调节变频电机的转速，即可调节小球的旋转速度，从而便于探究影响离心力大小的变量因素，提高教学效果。

附图说明

图1为本实用新型的一种机械力学演示装置的结构示意图。

图2为f形架及其连接结构示意图。

图3为本实用新型的一种机械力学演示装置的受力分析结构示意图。

图中：1、箱体；2、f形架；3、调节架；31、螺环；32、连杆；33、托板；34、板条；4、拉力计；5、l形方管；6、固定方管；7、第一方柱；8、第二方柱；9、连接杆；10、变频电机；11、翼板；12、橡胶套；13、滚珠；14、绳带；15、小球；16、减震底座。

具体实施方式

本实用新型是通过如下技术方案予以实现的。

请参阅图1、图2和图3所示，一种机械力学演示装置，包括箱体1，箱体1为方形箱体，前端铰接有玻璃箱门，箱体1的底端内壁的右侧固定连接有f形架2，f形架2的下部固定有调节架3，调节架3的顶部设置有拉力计4，本实施例中拉力计4为sgw-05s电子拉力计，方便读数，通过调节调节架3的高度，进而调节拉力计4的高度，f形架2的顶部通过轴承转动连接有l形方管5，l形方管5的左侧的下部开设有通槽，f形架2的上部焊接有固定方管6，l形方管5和固定方管6的内壁分别滑动连接有第一方柱7和第二方柱8，第一方柱7和第二方柱8只能上下滑动，且第二方柱8的底端与拉力计4的上部牵引端固定连接，第一方柱7和第二方柱8的相对面分别转动连接连接杆9的两端，第一方柱7的上端固定连接有绳带14，绳带14的上端穿过l形方管5固定连接有小球15，箱体1的顶部安装有变频电机10，本实施例中变频电机10型号为a5882-45s，且变频电机10、l形方管5和固定方管6同轴设置，且变频电机10的下部输出端与l形方管5的上端固定连接，当拉力计4和变频电机10接通电源后，变频电机10带动l形方管5和第一方柱7转动，进而带动小球15做圆周运动，并通过绳带14向上拉动拉力计4的上部牵引端，从而直观的显示出小球15离心力的大小。

请参阅图1和图2所示，调节架3包括螺环31，螺环31与f形架2的下部螺接，螺环31的底端外壁通过轴承转动连接有连杆32，连杆32的左端焊接有托板33，托板33为圆形板体，且拉力计4固定安装在托板33的顶部，f形架2的上部的前表面和后表面均焊接有板条34，板条34的底端与箱体1的底端内壁相焊接，且连杆32贯穿两个板条34的下部间隙，从而对连杆32进行限位，防止板体34转动，板条34的外壁刻印有刻度标识，底端为0刻度，当螺环31位于f形架2的底端时，托板33和连杆32与箱体1的底端内壁相贴合，当顺时针转动螺环31，螺环31带动连杆32、托板33和拉力计4上升，从而提高绳带14伸出l形方管5的长度，反之缩短绳带14伸出l形方管5的长度，从而在小球14转速一定的条件下，探索小球旋转半径对离心力的影响。

请参阅图1和图2所示，第一方柱7和第二方柱8的外壁的上部和下部均镶嵌有滚珠13，滚珠13的外壁与l形方管5或固定方管6的内壁滑动连接，从而降低摩擦损耗，降低离心力对实验的影响。

请参阅图1所示，l形方管5的左侧面的前部和后部均固定连接有翼板11，翼板11为扇形板体，且绳带14贯穿两个翼板11，当l形方管5带动翼板11转动时，翼板11推动绳带14，从而便于绳带14和小球15快速旋转。

请参阅图1所示，小球15的外壁包裹有橡胶套12，从而降低小球15停止转动时的撞击。

请参阅图1所示，箱体1的底面四角均固定连接有减震底座16，从而便于稳定固定本实用新型。

工作原理：使用本实用新型的演示装置时，小球15质量为定值m，重力为f1，本实用新型自然状态时，读取拉力计4读数f2，则第一方柱7和第二方柱8等连接件重力为f3＝f1+f2，演示时，设置变频电机10转速，变频电机10带动l形方管5和第一方柱7转动，一端时间后，小球15做稳定的圆周运动，读取此时拉力计4读数f4，则此时绳带14拉力f5＝f3+f4，根据f1²+f6²＝f5²，即可计算出小球15的离心力f6的数值，改变变频电机10转速，进行多组实验，即可得出小球转速对小球离心力的影响，同理当变频电机10转速不便，调节调节架3高度，及调节小球转动半径，多次实验，即可得出小球转动半径对小球离心力的影响，从而便于探究影响离心力大小的变量因素，提高教学效果。

综上，该一种机械力学演示装置，通过变频电机带动l形方管和第一方柱转动，进而带动小球做圆周运动，并通过绳带向上拉动拉力计的上部牵引端，从而直观的显示出小球离心力的大小，方便理解离心力，通过改变调节架的高度，进而调节绳带伸出l形方管的长度，即可调节小球的旋转半径，通过调节变频电机的转速，即可调节小球的旋转速度，从而便于探究影响离心力大小的变量因素，提高教学效果。

上述实施例只为说明本实用新型的技术构思及特点，其目的是让熟悉该技术领域的技术人员能够了解本实用新型的内容并据以实施，并不能以此来限制本实用新型的保护范围，凡根据本实用新型精神本质所作出的等同变换或修饰，都应涵盖本实用新型的保护范围内。本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。