一种傅科摆演示装置的制作方法

技术领域

本发明涉及一种在科教试验和娱乐活动中使用的装置。更具体地说，本发明涉及一种用于科教试验的傅科摆演示装置。

背景技术：

为了证明地球在自转，法国物理学家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的摆动实验，傅科摆由此而得名。实验在法国巴黎先贤祠最高的圆顶下方进行，摆长67米，摆锤重28公斤，悬挂点经过特殊设计使摩擦减少到最低限度。这种摆惯性和动量大，因而基本不受地球自转影响而自行摆动，并且摆动时间很长。在傅科摆试验中，人们看到，摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，摆动方向不断变化。分析这种现象，摆在摆动平面方向上并没有受到外力作用，按照惯性定律，摆动的空间方向不会改变，因而可知，这种摆动方向的变化，是由于观察者所在的地球沿着逆时针方向转动的结果，地球上的观察者看到相对运动现象，从而有力地证明了地球是在自转。

现有的傅科摆用在科教试验中，具体来说，通常包括以下结构：摆线、摆球及摆球下方的底座，底座上标识有方向线。将摆球放置一定的高度，释放摆球，摆球摆动过程中摆动平面沿顺时针方向缓缓转动，相对底座上的方向线，摆动方向不断变化，判断出由于地球的自转导致此种现象的发生。

现有技术中用于科教试验的傅科摆存在如下缺点：一、操作繁琐复杂，实现现象不易观察；二、摆球在摆动过程中由于空气阻力，能量很快，可供观察的时间少，实验现象不易捕捉；三、整个结构稳定性较低，不能满足长时间的循环演示，易损坏，返修率高。

如何设计出一款傅科摆演示装置，其结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，这是急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明为了克服现有技术的缺陷，公开了一种傅科摆演示装置。

本发明的一个目的在于，设计出一种傅科摆演示装置，结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，展示效果好，且结构稳定，使用寿命长。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种傅科摆演示装置，包括：

单摆，其具有摆线和摆球，所述摆线一端固定，另一端连接摆球，所述单摆的周期为T；

永磁铁，其安装在摆球上；

光电开关，其用于检测上方是否有摆球通过，当摆球通过时，光电开关的发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化；

PLC，其用于接收光电开关的电信号，并产生相应的控制指令；

继电器，其用于接收PLC通断电的控制指令，并做出相应的动作；

电磁线圈，其电源通断受控于上述继电器，用于吸引摆球上的永磁铁，为摆球提供补偿力；

电源，其为上述各电器元件提供电能；

其中，当单摆的摆球通过最低点时记为0时，待略小于0.5T时间后，继电器闭合0.1-0.3s后再断开。

优选的是，所述摆线通过第一固定丝与摆球连接固定。

优选的是，所述第一固定丝呈圆锥体，圆锥体底面中部向外延伸出螺纹柱，螺纹柱上开设通孔一直延伸至圆锥体外，所述摆球上向心开设第一螺纹孔，所述第一固定丝的螺纹柱内插入固定摆线并旋入第一螺纹孔内。

优选的是，所述永磁铁为圆环状，并通过第二固定丝与摆球连接固定。

优选的是，所述第二固定丝呈圆锥体，圆锥体底面中部向外延伸出螺纹柱，所述摆球上向心开设第二螺纹孔，所述第二固定丝的螺纹柱上套接永磁铁并旋入第二螺纹孔内。

优选的是，所述第一螺纹孔和第二螺纹孔相对摆球球心对称。

优选的是，所述电磁线圈缠绕在光电开关外周。

优选的是，所述电磁线圈和光电开关位于摆球自然下垂时的正下方位置。

优选的是，所述电磁线圈和光电开关安装在底座内，底座边沿设有一周护栏。

本发明至少包括以下有益效果：由于单摆的摆球上安装永磁铁，单摆在摆动过程中，PLC控制单摆下方的电磁线圈通断电，通过适时吸引永磁铁不断的给摆球补偿力，因此单摆能够长时间以相同振幅摆动，不会因空气阻力衰减停止，结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，可供观察的时间长，实验现象不断重复容易捕捉，整个结构稳定性高，满足长时间的循环演示，展示效果好；由于摆线通过第一固定丝与摆球连接固定，因此便于摆线与摆球的连接，拆装快速便捷，结构新颖、稳定，返修率低，使用寿命长；由于永磁铁为圆环状，并通过第二固定丝与摆球连接固定，因此便于摆球与永磁铁的连接，拆装快速便捷，圆环状的永磁铁套接在第二固定丝上便于位置调节，定位效果好，结构新颖、稳定；由于电磁线圈缠绕在光电开关外周，因此结构紧凑，体积大大减小，整体性提高；由于电磁线圈和光电开关安装在底座内，底座边沿设有一周护栏，因此电磁线圈和光电开关集成安装在底座内，电路安全系数高，外观效果好，护栏避免试验受到外部环境干扰，提高产品演示的准确性。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的实施例中傅科摆演示装置的整体结构示意图；

图2为本发明的实施例中傅科摆演示装置的电路图；

图3为本发明的实施例中傅科摆演示装置摆球的放大剖视图；

图4为本发明的实施例中傅科摆演示装置防护罩与三脚架的装配图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

图1至4示出了根据本发明的一种实现形式，其中包括：单摆1，所述单摆1具有摆线11和摆球12，所述摆线11一端固定，另一端连接摆球12，所述单摆1的周期为T，所述摆球12上安装永磁铁2，所述单摆1自然下垂时摆球12下方设置光电开关，所述光电开关信号输出端与信捷PLCXC2-16T的信号输入端连接，信捷PLCXC2-16T的信号输出端与固态继电器输入端连接，固态继电器的输出端分别连接电磁线圈的正负电源输入端，所述光电开关、信捷PLCXC2-16T和固态继电器的电能均由24V直流电源提供，所述电磁线圈的电能由48V直流电源提供，所述24V、48V直流电源由电源变压器转换电网电压获得，当单摆1的摆球12通过最低点时记为0时，待略小于0.5T时间后，信捷PLCXC2-16T将信号传输至固态继电器，固态继电器接通电磁线圈电源0.2s后再断开。本发明单摆的摆球上安装永磁铁，单摆在摆动过程中，PLC控制单摆下方的电磁线圈通断电，通过适时吸引永磁铁不断的给摆球补偿力，因此单摆能够长时间以相同振幅摆动，不会因空气阻力衰减停止，结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，可供观察的时间长，实验现象不断重复容易捕捉，整个结构稳定性高，满足长时间的循环演示，展示效果好。

单摆1用于证明单摆在摆动过程受地球自转影响；摆线11和摆球12构成单摆的要件；永磁铁2用于与通电后的电磁线圈产生相吸作用；光电开关，其用于检测上方是否有摆球通过，当摆球通过时，光电开关的发射端和接收端之间光的强弱变化转化为电流的变化；信捷PLCXC2-16T用于接收光电开关的电信号，并产生相应的控制指令；固态继电器用于接收PLC通断电的控制指令，并做出相应的动作；电磁线圈用于吸引摆球上的永磁铁，为摆球提供补偿力；24V、48V直流电源为上述各电器元件提供电能。

在这种技术方案中，将单摆的摆球向一侧提升一定的高度，摆线拉直，摆线与竖直方向的夹角不大于10度，然后释放摆球，同时为各电器元件通电。单摆的摆球上安装永磁铁，单摆在摆动过程中，PLC控制单摆下方的电磁线圈通断电，通过适时吸引永磁铁不断的给摆球补偿力，因此单摆能够长时间以相同振幅摆动，不会因空气阻力衰减停止，结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，可供观察的时间长，实验现象不断重复容易捕捉，整个结构稳定性高，满足长时间的循环演示，展示效果好。

在另一种实例中，所述摆线11通过第一固定丝3与摆球12连接固定，所述第一固定丝3呈圆锥体，圆锥体底面中部向外延伸出螺纹柱31，螺纹柱31上开设通孔32一直延伸至圆锥体外，所述摆球12上向心开设第一螺纹孔4，所述第一固定丝3的螺纹柱31内插入固定摆线11并旋入第一螺纹孔4内。采用这种方案具有便于摆线与摆球的连接，拆装快速便捷，结构新颖、稳定，返修率低，使用寿命长的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

在另一种实例中，所述永磁铁2为圆环状，并通过第二固定丝5与摆球12连接固定，所述第二固定丝5呈圆锥体，圆锥体底面中部向外延伸出螺纹柱51，所述摆球12上向心开设第二螺纹孔6，所述第二固定丝5的螺纹柱51上套接永磁铁2并旋入第二螺纹孔6内。采用这种方案具有便于摆球与永磁铁的连接，拆装快速便捷，圆环状的永磁铁套接在第二固定丝上便于位置调节，定位效果好，结构新颖、稳定的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

在另一种实例中，所述电磁线圈缠绕在光电开关外周。采用这种方案具有结构紧凑，体积大大减小，整体性提高的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

在另一种实例中，所述电磁线圈和光电开关安装在底座7内，底座7边沿设有一周护栏8。采用这种方案电磁线圈和光电开关集成安装在底座内，电路安全系数高，外观效果好，护栏避免试验受到外部环境干扰，提高产品演示的准确性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

在另一种实例中，所述摆线11固定端连接在防护罩9内，防护罩9为一端开口的圆筒形，所述防护罩9倒挂在屋顶的房梁上，防护罩9的筒底上通过螺丝固定四个三角架10，根据尺寸需要在三角架10上开设安装孔，使用时安装孔内穿过膨胀螺栓固定在房梁侧面。采用这种方案具有能够保持摆线固定端的清洁，避免试验受到外部环境干扰，提高产品演示的准确性，通过三脚架在房梁侧面打孔固定，防护罩与房梁的连接更加稳固，承重大，提高使用安全性的有利之处。并且，这种方式只是一种较佳实例的说明，但并不局限于此。

如上所述，根据本发明，由于单摆的摆球上安装永磁铁，单摆在摆动过程中，PLC控制单摆下方的电磁线圈通断电，通过适时吸引永磁铁不断的给摆球补偿力，因此单摆能够长时间以相同振幅摆动，不会因空气阻力衰减停止，结构简单、易操作，能够提供补偿力，实现长时间的摆动，可供观察的时间长，实验现象不断重复容易捕捉，整个结构稳定性高，满足长时间的循环演示，展示效果好；由于摆线通过第一固定丝与摆球连接固定，因此便于摆线与摆球的连接，拆装快速便捷，结构新颖、稳定，返修率低，使用寿命长；由于永磁铁为圆环状，并通过第二固定丝与摆球连接固定，因此便于摆球与永磁铁的连接，拆装快速便捷，圆环状的永磁铁套接在第二固定丝上便于位置调节，定位效果好，结构新颖、稳定；由于电磁线圈缠绕在光电开关外周，因此结构紧凑，体积大大减小，整体性提高；由于电磁线圈和光电开关安装在底座内，底座边沿设有一周护栏，因此电磁线圈和光电开关集成安装在底座内，电路安全系数高，外观效果好，护栏避免试验受到外部环境干扰，提高产品演示的准确性。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用。它完全可以被适用于各种适合本发明的领域。对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改。因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。