專利名稱：多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種測量裝置，尤其涉及一種多功能剛體轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)動慣量是對定軸轉(zhuǎn)動剛體轉(zhuǎn)動慣性大小的定量，在機械設(shè)計制造、轉(zhuǎn)動物體的研究、運動學理論的推導等很多領(lǐng)域需要考慮到它。對于一些形狀規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的定軸轉(zhuǎn)動剛體的轉(zhuǎn)動慣量可以使用理論計算的方法求得，但是對于形狀復雜或質(zhì)量不按某種規(guī)律分布的定軸轉(zhuǎn)動剛體的轉(zhuǎn)動慣量，就只能由實驗的方法來實際測量得出了?！秳傮w轉(zhuǎn)動慣量的測量》實驗是《大學物理實驗》中的一個重要的、必做的基礎(chǔ)性實驗。實驗中，為了能夠較好的驗證一些轉(zhuǎn)動方面的定律或得到出較完美的測量結(jié)果，有一個好的測量裝置是非常必要的，測量裝置的測量準確程度決定了實驗的成敗。對于采用實驗的方法來對定軸轉(zhuǎn)動剛體的轉(zhuǎn)動慣量進行測量，目前常用的方法主要有三線擺測量法、扭擺測量法、轉(zhuǎn)動慣量實驗儀器測量法等。但具體實施這些測量法時會發(fā)現(xiàn)，他們所用的測量儀器普遍存在著測量速度較慢，測量周期長，測量的重復性不是很好，準確度低，并且他們所用的測量公式推導也相對繁瑣，實驗條件的滿足不好掌握，并且他們的性能也都是單一的。

實用新型內(nèi)容為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型提供了一種多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，它的測量速度快，測量周期短，測量的重復性好，并且所用的測量方法是比較法，準確度高，運算公式易推導，數(shù)據(jù)處理容易，具有多種用途。為達上述目的，本實用新型是通過下述技術(shù)方案實現(xiàn)的。多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其結(jié)構(gòu)如下載物上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤安裝在與底座相連的豎直轉(zhuǎn)動軸上，可旋轉(zhuǎn)的載物上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤之間通過扭簧連接，在載物上轉(zhuǎn)盤下表面安裝有上遮光片，與轉(zhuǎn)動軸連接并可繞著轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)的上旋臂上端安裝有用于測量遮光片通過時間的上光電門。所述的上旋臂通過上鎖止螺絲鎖定在轉(zhuǎn)動軸上。所述的底座上安裝有鎖止片支架，鎖止片支架上設(shè)有與載物上轉(zhuǎn)盤位置匹配的上鎖止片，載物上轉(zhuǎn)盤外圓周上開設(shè)有鎖口，經(jīng)上鎖止片和鎖口將上載物上轉(zhuǎn)盤鎖定在鎖止片支架上。在所述的下轉(zhuǎn)盤下表面安裝有下遮光片，與轉(zhuǎn)動軸連接的并可繞著轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)的下旋臂上端安裝有用于測量遮光片通過時間的下光電門。所述的下旋臂通過下鎖止螺絲鎖定在轉(zhuǎn)動軸上。所述的底座上安裝有鎖止片支架，鎖止片支架上設(shè)有與下轉(zhuǎn)盤位置匹配的下鎖止片，下轉(zhuǎn)盤外圓周上開設(shè)有鎖口，經(jīng)下鎖止片和鎖口將下轉(zhuǎn)盤鎖定在鎖止片支架上。[0012]本實用新型的優(yōu)點和效果本實用新型測量裝置的測量速度快，測量周期短，測量的重復性好，并且所用的測量方法是比較法，準確度高，運算公式易推導、數(shù)據(jù)處理容易，具有多種用途。

圖1是本實用新型的主視結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實用新型的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1、載物上轉(zhuǎn)盤；2、下轉(zhuǎn)盤；3、轉(zhuǎn)動軸；4、上鎖止片；5、鎖止片支架；6、上光電門；7、下光電門；8、上遮光片；9、下遮光片；10、上旋臂；11、下旋臂；12、上鎖止螺絲；13、 底座；14、扭簧；15、鎖口，16、下鎖止螺絲，17、下鎖止片。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步詳細說明，但本實用新型的保護范圍不受實施例所限。如圖1和圖2所示，本實用新型多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其結(jié)構(gòu)如下載物上轉(zhuǎn)盤1和下轉(zhuǎn)盤2安裝在與底座13相連的豎直轉(zhuǎn)動軸3上，可旋轉(zhuǎn)的載物上轉(zhuǎn)盤1和下轉(zhuǎn)盤2之間通過扭簧14連接，在載物上轉(zhuǎn)盤1下表面安裝有上遮光片8，與轉(zhuǎn)動軸3連接的并可繞著轉(zhuǎn)動軸3旋轉(zhuǎn)的上旋臂10上端安裝有用于測量遮光片8 通過時間的上光電門6，在下轉(zhuǎn)盤2下表面安裝有下遮光片9，與轉(zhuǎn)動軸3連接的并可繞著轉(zhuǎn)動軸3旋轉(zhuǎn)的下旋臂11上端安裝有用于測量遮光片9通過時間的下光電門7。上述的上旋臂10可以通過上鎖止螺絲12將其鎖定在轉(zhuǎn)動軸3上。上述的下旋臂11可以通過下鎖止螺絲16將其鎖定在轉(zhuǎn)動軸3上。上述的底座13上安裝有鎖止片支架5，鎖止片支架5上設(shè)有與載物上轉(zhuǎn)盤1位置匹配的上鎖止片4，載物上轉(zhuǎn)盤1外圓周上開設(shè)有鎖口 15，利用上鎖止片4和鎖口 15將上載物上轉(zhuǎn)盤1鎖定在鎖止片支架5上。上述的底座13上安裝有鎖止片支架5，鎖止片支架5上設(shè)有與下轉(zhuǎn)盤2位置匹配的下鎖止片17，下轉(zhuǎn)盤2外圓周上開設(shè)有鎖口，利用下鎖止片17和鎖口將下轉(zhuǎn)盤2鎖定在鎖止片支架5上。利用本實用新型裝置實施測量時，采用以下方法下轉(zhuǎn)盤2固定不動，轉(zhuǎn)動載物上轉(zhuǎn)盤1，使載物上轉(zhuǎn)盤1轉(zhuǎn)過一個角度，同時扭簧被扭曲，在此過程中遮光片經(jīng)過光電門，利用鎖片及某個鎖口，將載物上轉(zhuǎn)盤1鎖定，并做好計時準備。然后打開載物上轉(zhuǎn)盤1，使載物上轉(zhuǎn)盤1在扭簧的作用下回轉(zhuǎn)，測量遮光片經(jīng)過光電門所用的時間TA，之后，將轉(zhuǎn)動慣量待測的物體放置在載物上轉(zhuǎn)盤1上，重復上述測量過程，測量回轉(zhuǎn)時遮光片經(jīng)過光電門所用的時間Tai，利用載物上轉(zhuǎn)盤1的已知轉(zhuǎn)動慣量J A和所測得的Ta及Tai就可以利用相應的計算公式計算出待測物體的定軸轉(zhuǎn)動慣量了。另外，利用本實用新型裝置還可以演示角動量守恒。方法是載物上轉(zhuǎn)盤1和下轉(zhuǎn)盤2為自由旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，利用雙手分別扭動載物上轉(zhuǎn)盤1和下轉(zhuǎn)盤2，并使他們相向轉(zhuǎn)過一個角度停下來，此時系統(tǒng)的角動量為零。然后同時放開雙手，讓載物上轉(zhuǎn)盤1和下轉(zhuǎn)盤2同時回轉(zhuǎn)，這時此系統(tǒng)將不再受外力矩的作用。我們會看到載物上轉(zhuǎn)盤1和下轉(zhuǎn)盤2轉(zhuǎn)動的方向始終相反，同時停止，又同時回轉(zhuǎn)，如此重復不已，并且轉(zhuǎn)動慣量大的那個轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動速度較小，轉(zhuǎn)動慣量較小的那個轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動速度較大，此現(xiàn)象說明系統(tǒng)的角動量始終保持不變(為零)。此裝置還可以演示系統(tǒng)的角動量之和不為零時的守恒。另外，利用此裝置還可以定量的驗證轉(zhuǎn)動系統(tǒng)在不受外力矩的過程中，系統(tǒng)的角動量確實守恒，它是通過測出的相關(guān)數(shù)據(jù)通過計算驗證的。本實用新型測量裝置的工作原理如下把一個轉(zhuǎn)動慣量待測的定軸轉(zhuǎn)動剛體和一個轉(zhuǎn)動慣量已知的定軸轉(zhuǎn)動剛體，同施以一定的轉(zhuǎn)動條件，比較它們各自的轉(zhuǎn)動狀態(tài)，并進行相關(guān)的測量。根據(jù)他們的轉(zhuǎn)動狀態(tài)的差異，再利用相關(guān)測量的結(jié)果和已知物體的轉(zhuǎn)動慣量，來求出未知轉(zhuǎn)動物體的轉(zhuǎn)動慣量。
權(quán)利要求1.多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其特征在于結(jié)構(gòu)如下載物上轉(zhuǎn)盤(1)和下轉(zhuǎn)盤(2)安裝在與底座(13)相連的豎直轉(zhuǎn)動軸(3)上，可旋轉(zhuǎn)的載物上轉(zhuǎn)盤(1)和下轉(zhuǎn)盤(2)之間通過扭簧(14)連接，在載物上轉(zhuǎn)盤(1)下表面安裝有上遮光片 (8)，與轉(zhuǎn)動軸(3)連接的并可繞著轉(zhuǎn)動軸(3)旋轉(zhuǎn)的上旋臂(10)上端安裝有用于測量遮光片(8)通過時間的上光電門(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其特征在于所述的上旋臂(10)通過上鎖止螺絲(12)鎖定在轉(zhuǎn)動軸(3)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其特征在于所述的底座(13)上安裝有鎖止片支架(5)，鎖止片支架(5)上設(shè)有與載物上轉(zhuǎn)盤(1)位置匹配的上鎖止片(4)，載物上轉(zhuǎn)盤(1)外圓周上開設(shè)有鎖口(15)，經(jīng)上鎖止片(4)和鎖口(15)將上載物上轉(zhuǎn)盤(1)鎖定在鎖止片支架(5)上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其特征在于在所述的下轉(zhuǎn)盤(2)下表面安裝有下遮光片(9)，與轉(zhuǎn)動軸(3)連接的并可繞著轉(zhuǎn)動軸(3)旋轉(zhuǎn)的下旋臂(11)上端安裝有用于測量遮光片(9)通過時間的下光電門(7)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其特征在于所述的下旋臂(11)通過下鎖止螺絲(16)鎖定在轉(zhuǎn)動軸(3)上。
6.據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置，其特征在于所述的底座(13)上安裝有鎖止片支架(5)，鎖止片支架(5)上設(shè)有與下轉(zhuǎn)盤(2)位置匹配的下鎖止片(17)，下轉(zhuǎn)盤(2)外圓周上開設(shè)有鎖口，經(jīng)下鎖止片(17)和鎖口將下轉(zhuǎn)盤(2)鎖定在鎖止片支架(5)上。
專利摘要本實用新型公開了一種測量裝置，尤其涉及一種多功能剛性轉(zhuǎn)動慣量測量和角動量守恒演示、驗證裝置。其結(jié)構(gòu)如下載物上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤安裝在與底座相連的豎直轉(zhuǎn)動軸上，可旋轉(zhuǎn)的載物上轉(zhuǎn)盤和下轉(zhuǎn)盤之間通過扭簧連接，在載物上轉(zhuǎn)盤下表面安裝有上遮光片，與轉(zhuǎn)動軸連接并可繞著轉(zhuǎn)動軸旋轉(zhuǎn)的上旋臂上端安裝有用于測量遮光片通過時間的上光電門。本實用新型測量裝置的測量速度快，測量周期短，測量的重復性好，并且所用的測量方法是比較法，準確度高，運算公式易推導、數(shù)據(jù)處理容易，具有多種用途。
文檔編號G09B23/10GK201965816SQ20112007049
公開日2011年9月7日 申請日期2011年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月17日
發(fā)明者樊旭峰, 趙德華, 韓立偉 申請人:趙德華