一種馬格努斯效應(yīng)演示儀的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型屬教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種馬格努斯效應(yīng)演示儀。本馬格努斯效應(yīng)演示儀由演示車、轉(zhuǎn)動(dòng)部分、氣流源和電源四部分組成；演示車包括車底板、車輪及輪軸；轉(zhuǎn)動(dòng)部分由直流電機(jī)、托盤和轉(zhuǎn)筒構(gòu)成；氣流源由風(fēng)扇和支架構(gòu)成；電源由大電流可充電干電池構(gòu)成，電流分兩路輸出，一路給直流風(fēng)扇供電，一路給直流電機(jī)供電；給直流電機(jī)供電的電路中串聯(lián)有一個(gè)換向開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)換向，可以改變流過(guò)直流電機(jī)的電流方向，從而改變轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)方向，以此控制演示車前進(jìn)或后退，從而更加透徹的詮釋理論知識(shí)點(diǎn)。本儀器體積小，攜帶方便、操作簡(jiǎn)便，穩(wěn)定性好、趣味性強(qiáng)，適合攜帶到課堂作隨堂演示。
【專利說(shuō)明】 一種馬格努斯效應(yīng)演示儀

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于教學(xué)演示實(shí)驗(yàn)設(shè)備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種利用馬格努斯效應(yīng)作為動(dòng)力的演示儀。

【背景技術(shù)】
[0002]按照流體力學(xué)，當(dāng)一個(gè)圓柱形或圓球形物體邊繞自身軸旋轉(zhuǎn)，邊在流體中運(yùn)動(dòng)時(shí)，由于流體的粘滯作用，物體周圍將形成與轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同的環(huán)流，在隨物體一起移動(dòng)的參照系中，此環(huán)流疊加在迎面而來(lái)的氣流上，最終在物體周圍形成不對(duì)稱的定常氣流，在物體兩側(cè)形成壓強(qiáng)差，導(dǎo)致在與物體移動(dòng)方向和自轉(zhuǎn)軸方向均垂直的方向上出現(xiàn)一個(gè)橫向力，此現(xiàn)象稱馬格努斯效應(yīng)，網(wǎng)球、乒乓球中的“弧圈球”，足球中的“香蕉球”等現(xiàn)象，都是由于馬格努斯效應(yīng)造成的。
[0003]馬格努斯效應(yīng)是流體力學(xué)理論中的一個(gè)重要知識(shí)點(diǎn)，在生活中也有很多應(yīng)用，但由于其理論抽象，學(xué)生在理解上有很大的困難，急需有一個(gè)好的演示儀器對(duì)理論加以詮釋，本儀器正是填補(bǔ)了這項(xiàng)空白，收到了很好的課堂教學(xué)效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型的目的是提供一種體積小、攜帶方便、操作簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性好、趣味性強(qiáng)，可以在課堂上清晰、明了的演示馬格努斯效應(yīng)的儀器。
[0005]本實(shí)用新型提供的演示馬格努斯效應(yīng)的儀器，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，由演示車1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分2、氣流源3、電源4組成；其中:
[0006]所述演示車1 (如圖2所示)，包括車底板5、車輪6及輪軸7三個(gè)部分，車底板5
[0007]由輕質(zhì)剛性材料構(gòu)成，車輪6宜采用輕質(zhì)材料，車軸7從車底板5下方穿過(guò)車底板與車輪6間固定連接；
[0008]所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分2 (如圖3所示)，由直流電機(jī)8、托盤9和轉(zhuǎn)筒10構(gòu)成，其中直流電機(jī)8下端固定在車底板5上，直流電機(jī)8上端轉(zhuǎn)軸與托盤9下端套筒固定連接，轉(zhuǎn)筒10由剛性材料制成，為圓筒形，轉(zhuǎn)筒10下端固定于圓形托盤9上；
[0009]所述氣流源3 (如圖4所示)，由風(fēng)扇11和支架12構(gòu)成，支架12為剛性，固定在演示車的車底板5上；風(fēng)扇11固定在支架12上；
[0010]所述電源4由大電流可充電干電池構(gòu)成，電流分兩路輸出，一路給直流風(fēng)扇11供電，一路給直流電機(jī)8供電，給直流電機(jī)8供電的電路中串聯(lián)了一個(gè)換向開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)換向，可以改變流過(guò)直流電機(jī)的電流方向，從而改變轉(zhuǎn)筒10的旋轉(zhuǎn)方向，以此控制演示車前進(jìn)或后退，從而更加透徹的詮釋理論知識(shí)點(diǎn)。
[0011]本實(shí)用新型中，轉(zhuǎn)動(dòng)部分2、氣流源3及電源4均位于演示車車底板5的中間部位，其中轉(zhuǎn)動(dòng)部分2和氣流源3垂直于車體，相向放置。
[0012]本實(shí)用新型通過(guò)給風(fēng)扇和直流電機(jī)供電，轉(zhuǎn)筒在風(fēng)扇的氣流中旋轉(zhuǎn)，由流體力學(xué)理論可知，此時(shí)將產(chǎn)生一個(gè)沿演示車方向的馬格努斯力，此力推動(dòng)小車運(yùn)動(dòng)，因此，小車在這里的作用是演示馬格努斯效應(yīng)的載體。
[0013]演示時(shí)，分別打開(kāi)兩電路開(kāi)關(guān)，則馬格努斯力沿演示車方向，演示車在此力的作用下向前或向后運(yùn)動(dòng)。
[0014]本實(shí)用新型利用托盤9連接直流電機(jī)8和圓柱轉(zhuǎn)筒10，可保證其穩(wěn)定轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0015]本實(shí)用新型把風(fēng)扇11與轉(zhuǎn)筒10相向放置，使旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)筒10處在運(yùn)動(dòng)的氣流中，制造馬格努斯效應(yīng)產(chǎn)生的條件。
[0016]本實(shí)用新型將馬格努斯效應(yīng)轉(zhuǎn)換成小車運(yùn)動(dòng)的方法，使原理的演示現(xiàn)象明顯、生動(dòng)有趣。
[0017]本實(shí)用新型把轉(zhuǎn)動(dòng)部分2、氣流源3及電源4均置于演示車I底板上，使演示裝置結(jié)構(gòu)緊湊、體積小巧。
[0018]本實(shí)用新型利用換向開(kāi)關(guān)控制小車可沿兩個(gè)方向運(yùn)動(dòng)，豐富了演示內(nèi)容。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1為本馬格努斯效應(yīng)演示儀結(jié)構(gòu)圖示。
[0020]圖2為演示車的結(jié)構(gòu)圖。
[0021]圖3為轉(zhuǎn)動(dòng)部分的結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖4為氣流源的結(jié)構(gòu)圖
[0023]圖中標(biāo)號(hào):1為演示車，2為轉(zhuǎn)動(dòng)部分，3為氣流源，4為電源，5為演示車底板，6為車輪，7為車軸，8為直流電機(jī)，9為托盤，10為轉(zhuǎn)筒，11為直流風(fēng)扇，12為風(fēng)扇支架。

【具體實(shí)施方式】
[0024]本實(shí)用新型提供的馬格努斯效應(yīng)的演示裝置，由演示車1、轉(zhuǎn)動(dòng)部分2、氣流源3、電源4組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中:
[0025]演示車I(如圖2所示)，包括車底板5、車輪6及輪軸7三個(gè)部分。為降低對(duì)動(dòng)力的需求，演示車各部分的材質(zhì)都要盡量輕，車底板必須是剛性的，厚度無(wú)要求，以運(yùn)動(dòng)中不發(fā)生形變?yōu)榍疤幔叽鐩](méi)有嚴(yán)格要求，但太大會(huì)太重，太小，影響演示效果，本裝置采用的尺寸是30cm*20cm ;車輪宜采用輕質(zhì)材料，尺寸沒(méi)有嚴(yán)格要求，本裝置采用玩具車的橡膠車輪，直徑9cm;車軸采用輕質(zhì)硬桿即可，本裝置采用不銹鋼絲，車軸從車底板下方穿過(guò)車底板與車輪間固定連接。
[0026]轉(zhuǎn)動(dòng)部分2(如圖3所示)，由直流電機(jī)8、托盤9和圓柱型轉(zhuǎn)筒10構(gòu)成。直流電機(jī)需能夠平穩(wěn)的做高速旋轉(zhuǎn)，本裝置采用電機(jī)額定電壓9v，轉(zhuǎn)速20000r/mim ;為保證轉(zhuǎn)筒轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)能夠平穩(wěn)，轉(zhuǎn)筒與電機(jī)軸之間通過(guò)托盤固定連接。電機(jī)下端固定于演示車的底板上，上端的轉(zhuǎn)軸套于托盤下端的套筒內(nèi)，托盤上方圓盤內(nèi)徑與圓柱形轉(zhuǎn)筒外徑相吻合，為保證連接的穩(wěn)定性，托盤應(yīng)采用金屬材質(zhì)；轉(zhuǎn)筒的直徑、厚度和高度均無(wú)嚴(yán)格要求，但為保證得到穩(wěn)定的氣流，轉(zhuǎn)筒在旋轉(zhuǎn)中應(yīng)無(wú)形變，本裝置轉(zhuǎn)筒采用有機(jī)玻璃筒，外徑10cm，高度15cm。
[0027]氣流源3 (如圖4所示)，由強(qiáng)力直流風(fēng)扇11和支架12構(gòu)成。電風(fēng)扇直徑應(yīng)與轉(zhuǎn)筒直徑相仿，功率越大越好，本裝置采用12v、50w直流風(fēng)扇，支架與風(fēng)扇間固定連接，其作用有兩個(gè)，一則保證風(fēng)扇風(fēng)向穩(wěn)定，二則可以通過(guò)設(shè)計(jì)支架的高度，保證風(fēng)扇出風(fēng)的高度與轉(zhuǎn)筒高度匹配，本裝置支架采用金屬材料，下端固定在演示車底板上。
[0028]電源4，電源由大電流可充電干電池構(gòu)成，本裝置采用3節(jié)4.5v、3.7A的電池串聯(lián)，為風(fēng)扇供電(固定在電池盒內(nèi))；采用2節(jié)4.5v、3.7A的電池串聯(lián)，為直流電機(jī)供電(固定在電池盒內(nèi))，兩個(gè)電池盒粘連為一體，固定在演示車底板上。給直流電機(jī)供電的電路中串聯(lián)了一個(gè)換向開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)換向，可以改變流過(guò)直流電機(jī)的電流方向，從而改變轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)方向，以此控制演示車前進(jìn)或后退，從而更加透徹的詮釋理論知識(shí)點(diǎn)。
[0029]轉(zhuǎn)動(dòng)部分2、氣流源3及電源4均位于演示車底板的中間部位，其中轉(zhuǎn)動(dòng)部分和氣流源應(yīng)垂直于車體，相向放置。演示時(shí)，分別打開(kāi)兩電路開(kāi)關(guān)，則馬格努斯力沿演示車方向，演示車在此力的作用下向前或向后運(yùn)動(dòng)。
【權(quán)利要求】
1.一種馬格努斯效應(yīng)演示儀，其特征在于由演示車、轉(zhuǎn)動(dòng)部分、氣流源、電源組成；其中: 所述演示車，包括車底板、車輪及輪軸三個(gè)部分，車軸從車底板下方穿過(guò)車底板與車輪間固定連接； 所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分，由直流電機(jī)、托盤和轉(zhuǎn)筒構(gòu)成，其中，直流電機(jī)下端固定在車底板上，直流電機(jī)上端轉(zhuǎn)軸與托盤下端套筒固定連接，轉(zhuǎn)筒由剛性材料制成，為圓筒形，轉(zhuǎn)筒下端固定于圓形托盤上； 所述氣流源，由風(fēng)扇和支架構(gòu)成，支架為剛性，固定在演示車的車底板上；風(fēng)扇固定在支架上； 所述電源由大電流可充電干電池構(gòu)成，電流分兩路輸出，一路給直流風(fēng)扇供電，一路給直流電機(jī)供電；給直流電機(jī)供電的電路中串聯(lián)有一個(gè)換向開(kāi)關(guān)，通過(guò)開(kāi)關(guān)換向，可以改變流過(guò)直流電機(jī)的電流方向，從而改變轉(zhuǎn)筒的旋轉(zhuǎn)方向，以此控制演示車前進(jìn)或后退； 所述轉(zhuǎn)動(dòng)部分、氣流源及電源位于演示車車底板的中間部位，其中轉(zhuǎn)動(dòng)部分和氣流源垂直于車體，相向放置。
【文檔編號(hào)】G09B23/12GK204189352SQ201420559222
【公開(kāi)日】2015年3月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月27日
【發(fā)明者】呂景林, 陳云路 申請(qǐng)人:復(fù)旦大學(xué)