一种机械能守恒自动演示装置制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种机械能守恒自动演示装置，其特征是：设置立式框架具有底框和顶框；伸缩机构中伸缩驱动件固定设置在顶框上，由伸缩驱动件驱动的伸缩杆的杆端是在竖向可伸缩；在伸缩杆的底端固联一水平杆；能量转换机构是在转轴上固定设置轮盘，一对等长的牵引绳索的上端固联在水平杆的两端，下端分别固联在转轴的两轴端；位置传感器固定设置在底框上，用于检测轮盘的高度，并根据轮盘的高度向伸缩驱动件提供启停控制信号。本发明通过伸缩机构的启停，给轮盘不断补充作用力以维持能量，使得轮盘沿着绳索保持往复运动，可动态直观地展示机械能守恒定律。
【专利说明】 —种机械能守恒自动演示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种科普展示和科技教育器材，更具体地说是一种机械能守恒自动演示装置。【背景技术】
[0002]机械能守恒定律是指在只有重力或弹力对物体做功的条件下(或者不受其他外力的作用下)，物体的动能和势能(包括重力势能和弹性势能)发生相互转化，但机械能的总量保持不变。
[0003]根据机械能守恒定律，当重力以外的力不做功，物体(或系统)的机械能守恒。显然，当重力以外的力做功不为零时，物体(或系统)的机械能要发生改变。重力以外的力做正功，物体(或系统)的机械能增加，重力以外的力做负功，物体(或系统)的机械能减少，且重力以外的力做多少功，物体(或系统)的机械能就改变多少。
[0004]例如:过山车在下降的过程中，势能降低，动能增大，如果不考虑阻力做功的话，总机械能是保持不变的。
[0005]尽管目前在力学领域已经有了科学的定论和相应的公式，但是，枯燥的公式和定型的模型在科普场馆展示中难以被观众理解，而且这些展示模型也不能够连续运行。
[0006]悠悠球大约出现在公元500年前的希腊，在18世纪初叶，在英法等国广为流行，其最基本的玩法是抬起手臂，用腕力把悠悠球向下掷出，悠悠球便在绳头处不断转动。手掌向上轻拉，悠悠球便自动回转。这是所有招式的基本动作，揭示了悠悠球的基本工作原理(动能与势能的相互转换)。当悠悠球处于最高点时其势能最大，动能为零，随着其下降到最低点，其转速最快，动能最大而势能最小。如果不考虑外界作用力的影响(外界作用力主要有:操作者抛物的力、线绳的摩擦阻力、空气阻力)，悠悠球将会沿着线绳永远的往复运动下去。而实际上由于阻力影响悠悠球会逐渐停止下来，这需要操作者不断的给其补充作用力以增加能量。作用力表面上看是有手部产生的，其实主要来源于操作者手臂肌肉的伸缩运动。
【发明内容】
[0007]本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种机械能守恒自动演示装置，利用玩具“悠悠球”的原理，实现机械能守恒的自动演示。
[0008]本发明为解决技术问题采用如下技术方案:
[0009]本发明机械能守恒自动演示装置的结构特点是设置:
[0010]一作为支撑结构的立式框架，具有底框和位于底框上方的顶框；
[0011]一伸缩机构，其伸缩驱动件固定设置在顶框上，由所述伸缩驱动件驱动的伸缩杆的底端是在竖向可伸缩，在所述伸缩杆的底端固联一水平杆；
[0012]一能量转换机构，是在一转轴上固定设置轮盘，一对等长的牵引绳索的上端固联在所述水平杆的两端，牵引绳索的下端分别固联在所述转轴的两轴端，使所述转轴由一对牵引绳索悬吊在所述水平杆上呈水平；
[0013]一位置传感器，固定设置在底框上，用于检测所述轮盘的高度，并根据所述轮盘的高度向所述伸缩驱动件提供启停控制信号。[0014]本发明机械能守恒自动演示装置的结构特点也在于:所述伸缩驱动件为气动、液动或电磁机构。
[0015]与已有技术相比，本发明有益效果体现在:
[0016]1、本发明通过伸缩机构的启停，给轮盘不断补充作用力以维持能量，使得轮盘沿着绳索保持往复运动，可动态直观地展示机械能守恒定律。
[0017]2、本发明为“悠悠球”原理，作为科普展示，其趣味性强，展示效果好。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本发明主视结构示意图；
[0019]图2为本发明侧视结构示意图；
[0020]图中标号:Ia伸缩驱动件，Ib伸缩杆，2立式框架，2a底框，2b顶框，3牵引绳索，3a水平杆，4a转轴，4b轮盘，5位置传感器。
【具体实施方式】
[0021]参见图1，本实施例中机械能守恒自动演示装置的结构形式是设置:
[0022]作为支撑结构的立式框架2，具有底框2a和位于底框上方的顶框2b ；
[0023]伸缩机构，其伸缩驱动件Ia固定设置在顶框2b上，由伸缩驱动件Ia驱动的伸缩杆Ib的底端是在竖向可伸缩；在伸缩杆Ib的底端固联一水平杆3a，伸缩驱动件Ia可以为气动、液动或电磁机构。
[0024]能量转换机构，是在一转轴4a上固定设置轮盘4b，一对等长的牵引绳索3的上端固联在水平杆Ia的杆端，一对等长牵引绳索3的下端分别固联在转轴4a的两轴端，使转轴4a由一对牵引绳索3悬吊在水平杆3a上呈水平。
[0025]位置传感器5，固定设置在底框2a上，用于检测轮盘4b的高度，并根据轮盘4b的高度向伸缩驱动件Ia提供启停控制信号。
[0026]当轮盘处于最高点时其势能最大，动能为零，随着其下降到最低点，其转速最快，动能最大而势能最小。如果不考虑外界作用力的影响(外界作用力主要有:绳索的摩擦阻力、空气阻力)，轮盘将会沿着绳索永远的往复运动下去。而实际上由于阻力的影响，轮盘会逐渐停止下来，因此这需要演示装置不断地给其补充作用力以增加能量，就像模仿操作者手臂肌肉的伸缩运动一样，使得轮盘沿着绳索永远的往复运动下去，展示机械能守恒定律。
[0027]本实施例是通过位置传感器控制伸缩机构的启动和运行，给轮盘补充作用力以增加能量，使装置能够连续并不间断的演示。
[0028]使用时，首先用人工的方式双手旋转轮盘，使得轮盘沿牵引绳索上升至立式框架的上部，松开双手并启动演示装置。通过位置传感器控制伸缩机构的启动和运行，给轮盘不断补充作用力以增加能量，使装置能够连续并不间断的演示，也就是轮盘将会沿着绳索自动地保持往复运动，演示机械能守恒定律。
【权利要求】
1.一种机械能守恒自动演示装置，其特征是设置: 一作为支撑结构的立式框架(2)，具有底框(2a)和位于底框上方的顶框(2b)；一伸缩机构，其伸缩驱动件(Ia)固定设置在顶框(2b)上，由所述伸缩驱动件(Ia)驱动的伸缩杆(Ib)的底端是在竖向可伸缩，在所述伸缩杆(Ib)的底端固联一水平杆(3a)；一能量转换机构，是在一转轴(4a)上固定设置轮盘(4b)，一对等长的牵引绳索(3)的上端固联在所述水平杆(3a)的两端，牵引绳索(3)的下端分别固联在所述转轴(4a)的两轴端，使所述转轴(4a)由一对牵引绳索(3)悬吊在所述水平杆(3a)上呈水平； 一位置传感器(5)，固定设置在底框(2a)上，用于检测所述轮盘(4b)的高度，并根据所述轮盘(4b)的高度向所述伸缩驱动件(Ia)提供启停控制信号。
2.根据权利要求1所述的机械能守恒自动演示装置，其特征是:所述伸缩驱动件(Ia)为气动、液动或电磁机构。
【文档编号】G09B23/10GK103514789SQ201310524859
【公开日】2014年1月15日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】李小瓯, 盛业涛, 邢金龙, 冯帅将, 刘卫庄, 李春, 仝文浩, 李璇 申请人:合肥通用机械研究院