科氏加速度与科氏力演示仪

1.本发明涉及理论力学教学中演示装置，尤其涉及一种科氏加速度与科氏力演示仪。


背景技术：

2.由于在理论力学教学过程中，涉及科氏加速度、惯性力、动反力、达朗贝尔原理等相关概念和原理。这些概念和原理对初学者往往难以直观理解和感受。目前，尚未查到相关教学演示装置专利。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种能够明显演示科氏加速度和科氏力的科氏加速度与科氏力演示仪。
4.本发明的发科氏加速度与科氏力演示仪，包括框架，在所述的框架的顶壁处固定有面板，在所述的面板中间开有观察孔，在所述的观察孔上镶嵌有透明盖板，皮带控制旋钮、圆盘控制旋钮、皮带转速显示表以及圆盘转速显示表固定在面板上的开孔中；
5.在所述的框架内固定有支架，在所述的支架底部固定有减速电机，所述的减速电机为双输出轴电机，在沿竖直方向设置的所述的减速电机的下部轴上连接有第一测速传感器，沿竖直方向设置的所述的减速电机的上部轴通过联轴器与下部安装在回转轴承内圈中的连接器固定相连，在所述的连接器的顶部固定有圆盘，回转轴承的支撑座固定在支架上，在所述的联轴器上转动连接有滑环；
6.沿竖直方向设置的左侧皮带轮的转动轮轴和右侧皮带轮的转动轮轴分别通过转动轮轴承转动连接在所述的圆盘上，所述的左侧皮带轮的转动轮轴和右侧皮带轮的转动轮轴关于圆盘的竖直中心轴对称设置，所述的左侧皮带轮和右侧皮带轮通过弹性皮带转动相连，所述的右侧皮带轮的转动轮轴与驱动电机的转动轴固定相连，所述的左侧皮带轮的转动轮轴与第二测速传感器的测速转轴固定相连；
7.刻度尺沿水平方向镶嵌在圆盘中心且与圆盘的竖直中心轴线垂直，皮带控制旋钮通过电缆依次与固定在框架上的控制器、驱动电机的驱动器相连，控制器得到皮带控制旋钮的控制信号，传输给驱动电机的驱动器以控制驱动电机的旋转方向和速度，控制器通过滑环上的线缆与第二测速传感器连接并读取第二测速传感器输出的皮带轮的转速，然后存储到控制器中，圆盘控制旋钮通过电缆分别与减速电机、控制器相连，控制器根据圆盘控制旋钮输出的转动方向和转动速度信号控制减速电机方向和转速，控制器通过线缆与第一测速传感器连接并读取第一测速传感器输出的圆盘的转速，然后存储到控制器中，皮带转速显示表与控制器通过数据线相连，皮带的旋转速度在皮带转速显示表中显示，圆盘转速显示表与控制器通过数据线相连，圆盘转动速度在圆盘转速显示表中显示。
8.采用本发明装置可以演示理论力学中的科氏加速度和科氏力的作用现象，达到直观和良好的教学效果。
附图说明
9.图1为科氏加速度与科氏力演示仪俯视图；
10.图2为图1所示的结构a-a剖面图；
11.图3为图1所示的结构的一个角度的立体图；
12.图4为图1所示的结构的另一个角度的立体图；
13.图5为圆盘和皮带同向转动时的实验演示现象图；
14.图6为圆盘和皮带反向转动时的实验演示现象图。
具体实施方式
15.下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。此处所描述的具体实施例方式仅用于解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
16.如附图所示的本发明的科氏加速度与科氏力演示仪，包括框架1，所述的框架1可以为立方体框架结构，是整个结构的支撑。在所述的框架1的顶壁处固定(焊接或螺栓)有面板7。在所述的面板7中间开有观察孔，在所述的观察孔上镶嵌有透明盖板2，通过透明盖板可以观察内部的现象。皮带控制旋钮9、圆盘控制旋钮10、皮带转速显示表11以及圆盘转速显示表12固定在面板7上的开孔中，用于控制演示实验和显示数据。
17.在所述的框架1内固定有支架24，在所述的支架24底部固定有减速电机21，所述的减速电机21为双输出轴电机，在沿竖直方向设置的所述的减速电机21的下部轴上连接有第一测速传感器22，沿竖直方向设置的所述的减速电机21的上部轴通过联轴器20与下部安装在回转轴承15内圈中的连接器14固定相连。在所述的连接器14的顶部固定有圆盘6，回转轴承15的支撑座23固定在支架24上。当减速电机旋转时，减速电机的上部轴转动且通过联轴器20、连接器14直接驱动圆盘6转动，在此过程中第一测速传感器22测量下部轴的转速，该下部轴的转速即为圆盘6的转速，在所述的联轴器20上转动连接有滑环19。
18.沿竖直方向设置的左侧皮带轮5-1的转动轮轴和右侧皮带轮5-2的转动轮轴分别通过转动轮轴承16转动连接在所述的圆盘6上，所述的左侧皮带轮5-1的转动轮轴和右侧皮带轮5-2的转动轮轴关于圆盘6的竖直中心轴对称设置，所述的左侧皮带轮5-1和右侧皮带轮5-2通过弹性皮带4转动相连，所述的弹性皮带4的材质可以采用橡胶等弹性材料，所述的右侧皮带轮5-2的转动轮轴与驱动电机18的转动轴固定相连，驱动电机18旋转时可以驱动皮带轮4转动。所述的左侧皮带轮5-1的转动轮轴与第二测速传感器13的测速转轴固定相连，左侧皮带轮5-1的旋转速度可以通过第二测速传感器13测试出来。
19.刻度尺3沿水平方向镶嵌在圆盘中心且与圆盘6的竖直中心轴线垂直，观察者可以通过刻度尺粗略读取皮带变形量。皮带控制旋钮9通过电缆依次与固定在框架上的控制器26、驱动电机18的驱动器25相连。控制器26得到皮带控制旋钮9的控制信号，传输给驱动电机18的驱动器以控制驱动电机的旋转方向和速度。控制器26通过滑环19上的线缆与第二测速传感器13连接并读取第二测速传感器13输出的皮带轮5-1的转速，然后存储到控制器26中。圆盘控制旋钮10通过电缆分别与减速电机21、控制器26相连，控制器26根据圆盘控制旋钮10输出的转动方向和转动速度信号控制减速电机21方向和转速。减速电机21通过联轴器20和连接器14直接驱动圆盘6。控制器26通过线缆与第一测速传感器22连接并读取第一测速传感器22输出的圆盘6的转速，然后存储到控制器26中。皮带转速显示表11与控制器26通
过数据线相连，皮带的旋转速度以”m/s”为单位在皮带转速显示表11中显示出来。圆盘转速显示表12与控制器26通过数据线相连，圆盘转动速度以“rad/s”为单位在圆盘转速显示表12中显示出来。
20.采用本装置的工作过程为：
21.设备通电后通过旋转皮带控制旋钮9和圆盘控制旋钮10控制皮带4和圆盘6的转动方向和转动速度。可以实现圆盘静止皮带正转，圆盘静止皮带反转，圆盘正转皮带静止，圆盘反转皮带静止，圆盘正转皮带正转，圆盘正转皮带反转，圆盘反转皮带正转，圆盘反转皮带反转8种不同转向组合。运动时圆盘6作为牵连坐标系，在其转动时则弹性皮带4上会出现科氏加速度，进而产生惯性力，使得弹性皮带4变形。在圆盘6和弹性皮带4同向转动时其变形现象如图3所示，皮带4呈现“膨胀”的现象。在圆盘6和弹性皮带4反向转动时其变形现象如图四所示，皮带4呈现“收缩”的现象。圆盘6和弹性皮带4任一停转时则不产生科氏加速度，皮带无变形现象，如图1中皮带4形状所示。
22.值得注意的是，尽管上面结合附图对本发明的优选实施例进行了详细描述，但本发明并不仅仅局限于上述的具体实施方式，上述的实施方式仅仅是示意性的，并不是限制性的，本领域的相关技术人员受本发明的启示，在不脱离本发明宗旨和权利要求保护范围的情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围。