变摆球弹簧蛇形摆.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103400521A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103400521103400521A(43)申请公布日2013.11.20(21)申请号201310269374.9(22)申请日2013.06.29(71)申请人北京工业大学地址100124北京市朝阳区平乐园100号(72)发明人王吉有张持良段苹(74)专利代理机构北京思海天达知识产权代理有限公司11203代理人刘萍(51)Int.Cl.G09B23/10(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书2页说明书2页附图1页附图1页(54)发明名称变摆球弹簧蛇形摆(57)摘要本发明是一种变摆球弹簧蛇形摆，其包括：仪器支架，N根倔强系数相同的弹簧，N个蝶形螺母，N个直径相同、质量不同且相邻摆球的质量比值22为mn/m(n+1)=(i+1)/i，其中i是大于零的正整数，N是大于5的正整数；每个蝶形螺母连上弹簧上端，每根弹簧分别连上摆球，等间距地悬挂在仪器支架上，且初始静止状态的摆球的重心在同一水平线上。把N个摆球同时上托一定距离后松开，每个摆球做自己的简谐振动，但在某些时刻表现成蛇的形状，并在一定时间后回到起始位置，再开始下一轮的摆动。CN103400521ACN103452ACN103400521A权利要求书1/1页1.一种变摆球弹簧蛇形摆，其特征在于：仪器包括仪器支架，N根倔强系数相同的的弹22簧，N个蝶形螺母，N个直径相同、质量不同且相邻摆球的质量比值为mn/m(n+1)=(i+1)/i，其中i是大于零的正整数，N是大于5的正整数；每个蝶形螺母连上弹簧上端，每根弹簧分别连上摆球，等间距地悬挂在仪器支架上,且初始静止状态的摆球的重心在同一水平线上。2CN103400521A说明书1/2页变摆球弹簧蛇形摆技术领域：[0001]本发明专利涉及一种物理教学演示仪器，特别是一种摆的演示仪器。背景技术：[0002]单摆的周期只和摆长有关，亦即周期与摆长的平方根成正比。现在的蛇形单摆的摆线是固定长度而且是规律性变短，因此所有单摆的周期也规律性变小。从摆动的角度大小而言，摆动角度也是规律性变小。因此开始摆动后，最初由于角度差异不大，而且是规律性的差异，因此看起来就像是波动状的蛇形摆动。摆动多次之后，差异性逐渐增加，看起来似乎是杂乱的。当继续摆动之后，又可以出现蛇形摆动。[0003]垂直悬挂弹簧单摆是悬挂一个弹簧，弹簧末端系一个质量为m的物块，这就构成了一个弹簧摆，这时只要用力轻轻地向下拉物块，弹簧就会上下振动起来，摆长不断伸缩变化。弹簧单摆的上下振动周期是K是弹簧的倔强系数，m是摆球的质量。发明内容：[0004]本发明的目的是制作一种实验教学仪器，用来演示摆动的特殊现象“蛇形摆”。[0005]本发明采用如下技术方案：一种弹簧蛇形摆演示仪，其特征在于：仪器包括仪器支架，N根倔强系数相同的的弹簧，N个蝶形螺母，N个直径相同、质量不同且相邻摆球的质22量比值为mn/m(n+1)=(i+1)/i，其中i是大于零的正整数，N是大于5的正整数；每个蝶形螺母连上弹簧上端，每根弹簧分别连上摆球，等间距地悬挂在仪器支架上,且初始静止状态的摆球的重心在同一水平线上。[0006]垂直悬挂弹簧单摆的上下振动周期是K是弹簧的倔强系数，m是摆球的质量。在弹簧蛇形摆演示仪，我们安排N个垂直悬挂弹簧摆，它们不但在摆动过程中会形成蛇形，还要在摆动一定时间后，一起回到摆动的初始状态，这就要求相邻摆的弹簧摆的摆动周期满足iTn=(i+1)Tn+1，n=1,2,...,N，对应每个弹簧摆，Tn是第n个摆的摆动周期，i可以是任何正整数。根据上面的周期公式，在各摆弹簧倔强系数相同的情况下，各摆球的质量要按一定变化规律。经计算得到mn/22m(n+1)=(i+1)/i，这是两个相邻的摆球之间的质量比。[0007]本发明的优点：可以生动有趣地演示弹簧单摆的独立特性和集体特性。附图说明：[0008]图1为本发明9个单摆时蛇形摆的结构示意图。[0009]图中：1至9、9根倔强系数相同的弹簧，11至19、9个直径相同、质量不同但满足一定变化规律的摆球，31至39、9个蝶形螺母，10、底座，21、左支架，22、右支架，20、横梁。具体实施方式：3CN103400521A说明书2/2页[0010]左支架21和右支架22固定在底座10上，横梁20固定在左支架21和右支架22的上面，9根倔强系数相同的弹簧1至9分别在下端系9个直径相同、质量不同但满足一定变化规律的摆球11至19，9个蝶形螺母31至39利用螺口分别固定9个弹簧1至9，通过旋转蝶形螺母可以微调相应的弹簧的长度。[0011]如图1所示，利用平板把所有摆球在上托一定距离后松开，每个摆球作自己的简谐振动，它们在