一种摆动装置制造方法
【专利摘要】本发明涉及一种摆动装置。现有技术在更换摆球的时候，需要重新确定摆长，并且摆动容易混乱。本发明的摆长不变。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种摆动装置，包括摆球本体，摆绳，其特征是：摆球本体有第一孔、第二孔，第一孔和第二孔的轴线共线且过球心，第一孔的孔径大于第二孔的孔径，第一孔和第二孔的交汇面是过球心的平面，且该交汇面垂直于第一孔的轴线；第一孔内填充有一个圆管，第一孔和圆管固定连接，圆管外径等于第一孔的内径，圆管内径小于第二孔的孔径，圆管两端面分别位于：第一孔和第二孔的交汇面、摆球本体的球体表面；圆管的密度小于摆球本体的密度；摆球本体和圆管构成的整体其质心在摆球本体的球心。
【专利说明】一种摆动装置
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种用于动力学研究、演示用的单摆。
【背景技术】
[0002]动力学研究有时候会涉及单摆，比如有证明单摆的周期和摆球质量无关的实验，现有摆球的悬点要么在摆球的顶端，要么在摆球的底端，于是出现了一个问题:换一个不同半径的摆球做实验，就改变了摆长。其原因是:摆长指悬点到摆球质心的距离。需要注意的是:摆长和绳长是两个不同的物理概念。相关领域技术人员应当能分清绳长的意义不同于摆长的意义。
[0003]对于单摆的实验研究装置还有一个不足:通过实验证明单摆的周期和振幅(也被称为摆幅)无关，或者证明阻尼振动的时候，单摆的周期不变，需要演示这样的实验:测一个单摆的周期，记录该摆在振幅越来越小的运动中，周期如何变化。现有技术的不足是:单摆振幅减小的时间太久了，通常要20分钟以上，对于课堂演示来说，20分钟的时间太久了。
[0004]另外:摆动的时间超过10分钟，常常出现单摆的乱摆现象(有人称之为摆的混沌现象)，也有时候会从单摆莫名其妙的变为圆锥摆，无论是乱摆还是圆锥摆，都是该实验不希望出现的现象。如果测量了 10分钟，振幅没有减小太多，但是，摆的运动已经不能视为单摆，那么，实验要重新开始。
【发明内容】
[0005]为了解决现有技术的不足，本发明提出一种摆动装置，本发明可以用于研究单摆运动。并且，本发明具有:摆球大小改变时，单摆的摆长不变的优点，还可以有振幅快速减小的优点，还具有不易乱摆(或变为圆锥摆)的优点。
[0006]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:一种摆动装置，包括摆球本体，摆绳，其特征是:摆球本体有第一孔、第二孔，第一孔和第二孔的轴线共线且过球心，第一孔的孔径大于第二孔的孔径，第一孔和第二孔的交汇面是过球心的平面，且该交汇面垂直于第一孔的轴线；
第一孔内填充有一个圆管，第一孔和圆管固定连接，圆管外径等于第一孔的内径，圆管内径小于第二孔的孔径，圆管两端面分别位于:第一孔和第二孔的交汇面、摆球本体的球体表面；
圆管的密度小于摆球本体的密度；
摆球本体和圆管构成的整体其质心在摆球本体的球心。
[0007]本发明还可以是这样的:摆球本体由不锈钢制成，圆管由铝制成。
[0008]本发明还可以是这样的:圆管由弹性橡胶制成。
[0009]本发明还可以是这样的:所述摆绳的结构是这样的:细绳套设有多个等间距的圆片，细绳的轴线通过圆片的圆心，细绳和圆片是固定连接，且圆片所在平面垂直于拉直状态的细绳，圆片外套设有软管，圆片边缘和软管内壁的连接方式为固定连接。[0010]本发明还可以是这样的:细绳不是多股绞合而成的绳，而是实心的绳。
[0011]本发明还可以是这样的:细绳(5)的粗细程度为:细绳(5)的直径0.05---0.2mm ；软管(7)内径Imm---2_。
[0012]本发明还可以是这样的:圆片(6)由铝或者锡制成。
[0013]本发明还可以是这样的:圆片(6)的厚度为0.05mm---0.2mm。
[0014]本发明还可以是这样的:相邻两圆片(6)之间的距离为Imm—2mm。
[0015]本发明为动力学研究装置提出一种新的技术方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1为本发明实施例一的局部结构示意图。
[0017]图2为本发明实施例一的结构示意图。
[0018]图3为本发明实施例二的局部结构示意图。
[0019]图中1-第一孔，2-第二孔，3-摆球本体，4-圆管，5-细绳，6-圆片，7-软管。【具体实施方式】
[0020]下面结合附图，对本发明的设计和使用进一步说明。
[0021]实施 例一。
[0022]参见附图1，是本发明实施例一的局部结构示意图。该图反映了第一孔1、第二孔2的关系:摆球本体3有第一孔1、第二孔2，第一孔I和第二孔2的轴线共线且过球心，第一孔I的孔径大于第二孔2的孔径，第一孔I和第二孔2的交汇面是过球心的平面，且该交汇面垂直于第一孔I的轴线；
图2为本发明实施例一的结构示意图。第一孔I内填充有一个圆管4，第一孔I和圆管4固定连接，圆管4外径等于第一孔I的内径，圆管4内径小于第二孔2的孔径，圆管4两端面分别位于:第一孔I和第二孔2的交汇面、摆球本体3的球体表面；圆管4的密度小于摆球本体3的密度；摆球本体3和圆管4构成的整体其质心在摆球本体3的球心。
[0023]使用方法:把摆绳的一端固定在悬点，摆绳穿过圆管4，摆绳另一端连接(可以通过打结等方式)本发明所述的摆球本体球心。使用本发明所述的摆球，即使更换不同大小的摆球，摆长也不变。因为摆的悬点不变、摆球的质心就是绳的另一端——也就是球心。这样带来的益处是:更换不同大小的摆球，不需要重新确定摆长。
[0024]从使用方法可以理解:圆管4的内径倘若等于第二孔2的孔径，摆绳很难确定连接在球心，或者摆绳容易脱落。
[0025]本发明还可以是这样的:摆球本体由不锈钢制成，圆管由铝制成。
[0026]本发明还可以是这样的:圆管由弹性橡胶制成。这样的益处是:橡胶可以形变，可以紧密的夹住摆绳，因为摆绳是穿过圆管4的孔的。
[0027]利用本发明所述的技术方案，相关领域技术人员通过常规手段可以确定摆球本体3的直径、第一孔I内径、第二孔2内径、圆管4孔径之间的数学关系。
[0028]本发明所述的摆球之所以能起到摆长不变的益处，也可以理解为:摆长在数值上等于了绳长。因为绳长是从悬点到球心，摆长也等于悬点到球心。
[0029]为了解决【背景技术】中所述的第二个不足和第三个不足，本发明公开以下技术方案。
[0030]实施例二:
参见附图3，是摆绳的结构示意图。
[0031]所述摆绳的结构是这样的:细绳5套设有多个等间距的圆片6，细绳5的轴线通过圆片6的圆心，细绳5和圆片6是固定连接，且圆片6所在平面垂直于拉直状态的细绳5，圆片6外套设有软管7，圆片6边缘和软管7内壁的连接方式为固定连接。
[0032]其原理是:摆动过程，圆片6发生形变，并且该形变有一部分无法恢复原状，所以能量损耗，造成单摆的振幅快速减小。
[0033]事实上，让单摆的振幅快速减小的方法非常多。比如:把摆球放在粘稠的胶水里，再比如:把摆绳换成很粗的绳。但是，这样操作，无论是从原理上，还是从视觉效果上，都和课本上分析的单摆相差甚远。
[0034]为了方便的制造本发明所述的摆绳，本发明所述的摆绳还可以是这样的:细绳5不是多股绞合而成的绳，而是实心的绳。比如钓鱼用的细绳(也被称为鱼线)。
[0035]软管可以采用塑胶管。
[0036]为进一步优化，本发明可以是这样的:
细绳5的粗细程度为:细绳5的直径0.050.2mm ;软管7内径Imm2mm。
[0037]圆片6由铝或者锡制成。
[0038]圆片6 的厚度为 0.05mm---0.2mm。
[0039]相邻两圆片6之间的距离为Imm---2mm。
[0040]米用直径为0.05mm的细绳5,软管内径Imm,圆片6由招制成，圆片6厚度0.05mm,相邻两圆片之间的距离为1mm，可以让这样的单摆在5分钟内，振幅从8cm，减小到1cm。而采用缝衣线、鱼线，单摆的振幅从8cm减小到Icm所需时间均在20分钟以上。并且这样的摆绳还具有如下益处:单摆可以很好的在一个平面内摆动，不至于混乱或者变为圆锥摆，其原因为:让这样的摆绳(有圆片6和软管7的绳)发生扭转是较困难的(相比缝衣线、鱼线)。并且，这样的摆绳相比粗麻绳，更接近为单摆的理想模型。并且，摆动周期基本不变，或者说摆动周期在误差范围内视为不变。
[0041]使用这样的摆绳做实验，节约时间，并且提高了实验的成功率。
[0042]实验表明:细绳5直径0.2mm,或者软管7直径2mm，或者圆片6由锡制成，或者圆片厚度为0.2mm，或者相邻两圆片之间的距离为2mm，都可以起到相同的技术效果:1、振幅快速减小。2、单摆摆动易于在同一个平面。
[0043]本发明所述的摆绳配合本发明所述的摆球，还有一个益处:因为圆片6可以形变，所以，带有圆片的摆绳穿过圆管4中间的孔更紧密。
[0044]本发明为单摆的研究、演示、教学提供了一种新的技术方案。
【权利要求】
1.一种摆动装置，包括摆球本体(3)，摆绳，其特征是:摆球本体(3)有第一孔(I)、第二孔(2)，第一孔(I)和第二孔(2)的轴线共线且过球心，第一孔(I)的孔径大于第二孔(2)的孔径，第一孔(I)和第二孔(2)的交汇面是过球心的平面，且该交汇面垂直于第一孔(I)的轴线； 第一孔(I)内填充有一个圆管(4)，第一孔(I)和圆管(4)固定连接，圆管(4)外径等于第一孔(I)的内径，圆管(4)内径小于第二孔(2)的孔径，圆管(4)两端面分别位于:第一孔(I)和第二孔(2)的交汇面、摆球本体(3)的球体表面； 圆管(4)的密度小于摆球本体(3)的密度； 摆球本体(3)和圆管(4)构成的整体其质心在摆球本体(3)的球心。
2.如权利要求1所述的一种摆动装置，其特征是:摆球本体(3)由不锈钢制成，圆管(4)由招制成。
3.如权利要求1所述的一种摆动装置，其特征是:圆管(4)由弹性橡胶制成。
4.如权利要求1、2、3任一所述的一种摆动装置，其特征是:所述摆绳的结构是这样的:细绳(5)套设有多个等间距的圆片(6)，细绳(5)的轴线通过圆片(6)的圆心，细绳(5)和圆片(6)是固定连接，且圆片(6)所在平面垂直于拉直状态的细绳(5)，圆片(6)外套设有软管(7)，圆片(6)边缘和软管(7)内壁的连接方式为固定连接。
5.如权利要求4所述的一种摆动装置，其特征是:细绳(5)不是多股绞合而成的绳，而是实心的绳。
6.如权利要求4所述的一种摆动装置，其特征是:细绳(5)的粗细程度为:细绳(5)的直径 0.05---0.2mm ;软管(7)内径 Imm---2mm。
7.如权利要求5所述的一种摆动装置，其特征是:细绳(5)的粗细程度为:细绳(5)的直径 0.05---0.2mm ;软管(7)内径 Imm---2mm。
8.如权利要求4所述的一种摆动装置，其特征是:圆片(6)由铝或者锡制成。
9.如权利要求8所述的一种摆动装置，其特征是:圆片(6)的厚度为0.05mm0.2mm。
10.如权利要求4、5、6、7、8、9任一所述的一种摆动装置，其特征是:相邻两圆片(6)之间的距离为1mm-2_。
【文档编号】G09B23/10GK103473972SQ201310458535
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年10月3日 优先权日:2013年10月3日
【发明者】陈廷 申请人:陈廷