竖直平面圆运动研究装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于动力学研宄装置领域，尤其是研宄圆周运动所涉及到的动力学装 置。
【背景技术】
[0002] -个细线拴着一个重物在竖直平面做圆周运动，重物在最低点时拉力大于重 力，且最低点拉力最大-这都是容易被理论证明的，要想用实验表现这个现象，现有技术 公开了一种研宄圆周运动的装置：竖直面板，位于竖直面板下端用于支撑竖直面板的底 座，竖直面板由铁板制成，还包括一个由永磁体制成的、形状为柱状的磁柱，磁柱一端吸 附于竖直面板，磁柱另一端栓接一根细线，细线的上端栓接于磁柱，细线的下端悬挂一个 重物。该装置的使用方法：第一步，将重物升起一定高度，且：1，使细线处于直线状态；2， 细线偏离竖直位置。第二步，释放重物，重物开始做形状为圆弧的运动，即：圆周运动的 一部分。选择合适的释放位置，可以达到这样的效果：在此位置释放重物，恰好可以把磁 柱拉倒。理论分析如下：用T表示重物受到的拉力，用G表示重物受到的重力，用m表示 重物的质量，用V表示重物经过最低点的速度，用r表示重物圆周运动的半径，推导得到 Γ = ，于是，得到最低点速度V越大，拉力T越大的结论。用该实验辅助讲解：磁 r 柱被拉倒，说明拉力T比重力大。实验操作者录制了该实验的视频，在逐帧播放视频时，发 现：磁柱并没用在重物处于最低点倒下，而是明显经过了最低点以后，磁柱才倒。实验操作 者重复实验多次，每次都录制视频并逐帧播放，均发现该现象。这个现象和理论不符。这个 现象之前没有被人发现过：要慢速播放才可以观察到这个现象。从重物经过最低点到磁柱 倒掉，大约历时0. 2秒。0. 2秒的时间，大约是该装置所悬挂重物单摆周期的8分之1，这 0. 2秒内，重物经过的路程大约是振幅的三分之二，细线和竖直方向的夹角大约是40度。所 以，通常从时间上观察不出该现象，慢速播放的时候，可以从重物偏离平衡位置的距离上观 察到该现象。
[0003] 严格的来说，该实验和理论不符，该实验装置不宜用于圆周运动动力学的教学。换 句话说：要研发一个新的装置，能演示最低点拉力大于重力的实验，并且克服上述缺陷。
[0004] 既然要研发新的装置，就要知道现有装置的问题出在哪里。有两种说法：1，细线 的形变需要时间，这个时间大约是0. 2S，等细线完成了形变，磁柱才受到更大的拉力而被拉 倒。2,磁柱在重物经过最低点就已经开始倾倒了，但是，磁柱的长度不够长，0. 2秒以后，才 明显看出来磁柱倒掉。这两种说法听上去都有道理，如果要用理论知识判定哪种说法正确， 这是非常复杂的理论问题。
[0005] 关于此现象，还有其他解释，那些解释可以通过理论分析直接排除，所以，在本说 明书中就不表述了。
[0006] 本实用新型提出一种装置，该装置可以：1，验证上述两种说法哪种正确。2,克服现 有装置的不足之处，并且达到实验现象和理论相符的有益效果。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型克服现有技术不足所采用的技术方案是：
[0008] 竖直平面圆运动研宄装置，包括竖直面板，位于竖直面板下端用于支撑竖直面板 的底座，竖直面板由铁制成，还包括一个由永磁体制成的、形状为柱状的磁柱，磁柱一端吸 附于竖直面板，磁柱另一端栓接一根细线，
[0009] 细线的上端栓接于磁柱，细线的下端悬挂一个用来做圆弧运动的球形重物，其特 征是：
[0010] 竖直面板固定连接一个用于使重物经过平衡位置后不受细线拉力并且约束重物 运动的夹持装置，所述夹持装置是这样的：
[0011] 夹持装置设有用于约束重物运动的圆弧形导轨，圆弧形导轨在竖直平面的剖面形 状为圆弧形，圆弧形导轨所在各切面垂直于竖直面板，
[0012] 圆弧形导轨的曲率半径小于轨迹线的半径，
[0013] 圆弧形导轨最下端的切线是水平方向，圆弧形导轨最下端位置略低于轨迹线的最 低点，
[0014] 圆弧形导轨上端距磁柱的距离小于轨迹线的半径，
[0015] 圆弧形导轨的两个侧面均固定连接有侧板，侧板所在平面为竖直平面，两个侧板 的内面均贴敷有由弹性材料制成的、用于夹持重物的夹块，夹块在距导轨相同距离处其水 平方向的厚度是这样变化的：圆弧形导轨的下端夹块较薄，圆弧形导轨的上端夹块较厚。
[0016] 垂直于圆弧形导轨切面且同时垂直于竖直面板的方向，夹块的厚度是这样变化 的：距离圆弧形导轨较近处，夹块较薄，距离圆弧形导轨较远处，夹块较厚。
[0017] 沿着圆弧形导轨最下端到上端经过的弧长为细线长度的十分之一。
[0018] 细线长度为0.9m。
[0019] 本实用新型结构简单，用本实用新型做相关实验，可以让实验现象和理论分析完 美相符。
【附图说明】
[0020] 图1是现有技术的正视图。
[0021] 图2是现有技术的测试图。
[0022] 图3是本实用新型实施例一的正视图。
[0023] 图4是本实用新型实施例一的局部俯视图。
[0024] 图5是本实用新型实施例一的局部结构示意图。
[0025] 图6是本实用新型实施例一的局部剖面图。
[0026] 图7是本实用新型实施例二的局部剖面图。
[0027] 图中：1-竖直面板，2-底座，3-磁柱，4-细线，5-重物，51-轨迹线，7-夹持装置， 71-圆弧形导轨最下端，72-圆弧形导轨，73-侧板，74-夹块。
【具体实施方式】
[0028] 附图1、2分别是现有技术的正视图和侧视图：现有技术包括竖直面板1，位于竖直 面板1下端用于支撑竖直面板1的底座2,竖直面板1由铁制成，还包括一个由永磁体制成 的、形状为柱状的磁柱3,磁柱3 -端吸附于竖直面板1，磁柱3另一端栓接一根细线4,细线 4的上端栓接于磁柱3,细线4的下端悬挂一个用来做圆弧运动的重物5。
[0029] 实施例一
[0030] 参见附图3,是本实用新型的正视图，竖直平面圆运动研宄装置，包括竖直面板1， 位于竖直面板1下端用于支撑竖直面板1的底座2,竖直面板1由铁制成，还包括一个由永 磁体制成的、形状为柱状的磁柱3,磁柱3 -端吸附于竖直面板1，磁柱3另一端栓接一根细 线4，
[0031] 细线4的上端栓接于磁柱3,细线4的下端悬挂一个用来做圆弧运动的球形重物 5,其特征是：
[0032] 竖直面板1固定连接一个用于使重物5经过平衡位置后不受细线4拉力并且约束 重物5运动的夹持装置7,所述夹持装置7是这样的（附图4是夹持装置7的俯视图，并且表 示重物5在平衡位置时和夹持装置7的位置关系--仅表明竖直方向的位置关系，附图 5是夹持装置7的结构示意图。）：
[0033] 夹持装置7设有用于约束重物5运动的圆弧形导轨72,圆弧形导轨72在竖直平面 的剖面形状为圆弧形，圆弧形导轨72所在各切面垂直于竖直面板1，
[0034] 圆弧形导轨72的曲率半径小于轨迹线51的半径，
[0035] 圆弧形导轨最下端71的切线是水平方向，圆弧形导轨最下端71位置略低于轨迹 线51的最低点，
[0036] 圆弧形导轨72上端距磁柱3的距离小于轨迹线51的半径，
[0037] 圆弧形导轨72的两个侧面均固定连接有侧板73,侧板73所在平面为竖直平面，两 个侧板73的内面均贴敷有由弹性材料制成的、用于夹持重物5的夹块74,夹块74在距导轨 相同距离处其水平方向的厚度是这样变化的：圆弧形导轨72的下端夹块74较薄，圆弧形导 轨72的上端夹块74较厚。
[0038] 解释：轨迹线51，轨迹线51是指重物5做圆弧形运动(也可以称为单摆运动，同时 也是圆周运动的一段弧）时，重物5的最下端经过的轨迹。理所当然，轨迹线51是一段圆 弧。
[0039] 夹块74可以