一种演示自由液面效应的教学仪器的制作方法

本发明涉及一种演示自由液面效应的教学仪器，具体地说是采用了船模型、翻转板和多级转盘等结构，可以模拟演示自由液面效应对船只的影响的实验设备，属于教学用品领域。

背景技术：

自由液面效应指的是液体和小型固体，如种子或砂石的聚集物响应海浪和风力引发的作用与船体的状况，在船的货仓、甲板或液体储存罐中发生姿势改变的现象。自由液面效应是造成船只倾覆的重要因素之一，是海洋、机械和船舶领域亟待解决的重要问题。但是目前关于自由液面效应的教具仍处于一片空白的状态，不利于高校和研究机构对自由液面效应的认知和普及。因此，研发一款可以演示自由液面效应对船只造成的影响的教学设备成为迫切的需要。

技术实现要素：

针对上述的不足，本发明提供了一种演示自由液面效应的教学仪器。

本发明是通过以下技术方案实现的：一种演示自由液面效应的教学仪器，是由实验架、翻转板、船模型、储物罐、槽杆架、槽杆、多级转盘和固体填充物组成的，其特征在于：翻转板安装在实验架上开的孔之间，多级转盘安装在实验架上，由电机驱动，槽杆的一端安装在多级转盘的任意一个孔中，另一端插入槽杆架内，船模型放置在翻转板上，储物罐安放在船模型上，储物罐中放有固体填充物。

所述的船模型和翻转板上分别具有突起和孔结构，船模型底部的突起插入到翻转板上的孔中，固定船模型的位置。

所述的多级转盘和槽杆间为铰连接，槽杆可相对多级转盘转动，槽杆的另一端可相对槽杆架滑动，实验架上的圆柱状突起穿过槽杆的槽中。

所述的多级转盘上径向开有数个小孔，都能与槽杆的一端配合安装；多级转盘转动，带动槽杆摆动，槽杆另一端通过槽杆架带动翻转板左右振动。

该发明的有益之处是，采用船只模型，可以生动形象地模拟自由液面效应对船只的影响，实验结果直观立体；多级转盘径向开有数个小孔，通过槽杆与不同的小孔连接，可以分级调节翻转板的振动幅度，操作灵活；实验装置结构简单，便于组装与维护，组件简单形象，有利于学生的理解和操作。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图，附图2为槽杆和多级转盘机构的俯视图，附图3为船模型上表面的示意图，附图4为船模型下表面的示意图，附图5为实验架和翻转板的结构示意图，附图6为固体填充物的示意图。

图中，1、实验架，2、翻转板，3、船模型，4、储物罐，5、槽杆架，6、槽杆，7、多级转盘，8、固体填充物。

具体实施方式

一种演示自由液面效应的教学仪器，是由实验架1、翻转板2、船模型3、储物罐4、槽杆架5、槽杆6、多级转盘7和固体填充物8组成的，翻转板2安装在实验架1上开的孔之间，多级转盘7安装在实验架1上，由电机驱动，槽杆6的一端安装在多级转盘7的任意一个孔中，另一端插入槽杆架5内，船模型3放置在翻转板2上，储物罐4安放在船模型3上，储物罐4中放有固体填充物8。

所述的船模型3和翻转板2上分别具有突起和孔结构，船模型3底部的突起插入到翻转板2上的孔中，固定船模型3的位置。

所述的多级转盘7和槽杆6间为铰连接，槽杆6可相对多级转盘7转动，槽杆6的另一端可相对槽杆架5滑动，实验架1上的圆柱状突起穿过槽杆6的槽中。

所述的多级转盘7上径向开有数个小孔，都能与槽杆6的一端配合安装；多级转盘7转动，带动槽杆6摆动，槽杆6另一端通过槽杆架5带动翻转板2左右振动。

该装置在使用时，先将装置放置在水平桌面或工作台上，将固体填充物8放入储物罐4中，将槽杆6的一端连接在离多级转盘7圆心最近的小孔上，开动电机使多级转盘7转动，此时翻转板2振动幅度最小，船模型3不会倾覆；停止多级转盘7，把槽杆6的一端连接到离多级转盘7圆心远一些的小孔上，开动电机，此时翻转板2振动幅度变大，再观察船模型3会不会倾覆；重复上述过程，直到船模型3倾覆，记录使船模型3倾覆对应的小孔级数。再将固体填充物8取出，向储物罐4中注入与固体填充物8等高的清水，重复以上实验，记录小孔级数。通过比较可以发现，储物罐4中为固体填充物8的船模型3倾覆对应的小孔级数要大于储物罐4中为清水的船模型3倾覆对应的小孔级数。说明储物罐4中为液体时会降低船只的稳定性，更容易使船只倾覆，也就验证了自由液面效应。

对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。