本實用新型涉及一種教學用具，尤其是理論力學教具。

背景技術：

力學是一門獨立的基礎學科，是有關力、運動和介質(zhì)（固體、液體、氣體是撒旦和等離子體），宏、細、微觀力學性質(zhì)的學科，研究以機械運動為主，及其同物理、化學、生物運動耦合的現(xiàn)象。力學是一門基礎學科，同時又是一門技術學科。它研究能量和力以及它們與固體、液體及氣體的平衡、變形或運動的關系。力學可區(qū)分為靜力學、運動學和動力學三部分，靜力學研究力的平衡或物體的靜止問題；運動學只考慮物體怎樣運動，不討論它與所受力的關系；動力學討論物體運動和所受力的關系?，F(xiàn)代的力學實驗設備，諸如大型的風洞、水洞，它們的建立和使用本身就是一個綜合性的科學技術項目，需要多工種、多學科的協(xié)作。

力學作為工科基礎學科，幾乎所有工科院系都開設了這門課程。但是目前市場上并沒有相對應的教具，而且理論力學課程比較枯燥難懂，沒有教具的輔助更是難上加難。

市面上的儀器一般都是單獨測量應變或受力的，并且需要復雜和昂貴的設備配套使用。目前，測量應變和受力的顯示結(jié)果都是通過數(shù)字屏幕顯示出來，這種方法作為教具來說不夠直觀，不能起到很好的教學效果；測量應變的電阻應變片或者光纖光柵需要貼在待測物體側(cè)面，通過電腦和頻譜分析儀等設備才能測出應變，壓力傳感器需要貼在受力元件一端并且要配合單片機才能得出結(jié)果。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型提出理論力學教具，反應了理論力學最核心的問題即力的大小與力的方向還有應變大小，具有推廣意義。

為了解決上述技術問題，本實用新型的技術方案：理論力學教具，包括測力裝置，測力裝置由第一主桿件、第一活塞桿、壓縮彈簧、第一連接臂及第一副桿件構成；第一主桿件為大筒體，第一活塞桿的活塞端設置在第一主桿件內(nèi)，第一活塞桿的活塞端與第一主桿件密封配合，第一主桿件的內(nèi)腔與第一活塞桿之間設有壓縮彈簧，第一主桿件的前端與第一連接臂的前端連接；第一副桿件為小筒體，第一副桿件的一端通過第一導管與第一主桿件的內(nèi)腔連通，第一主桿件的內(nèi)腔充滿液體，第一副桿件上設有測力標尺；其特征在于：還包括測應變裝置，測應變裝置由第二主桿件、第二活塞桿、第二連接臂及第二副桿件構成；第二主桿件為大筒體，第二活塞桿的活塞端設置在第二主桿件內(nèi)，第二活塞桿的活塞端與第二主桿件密封配合，第二主桿件的前端與第二連接臂的前端連接；第二副桿件為小筒體，第二副桿件的一端通過第二導管與第二主桿件的內(nèi)腔連通，第二主桿件的內(nèi)腔充滿液體，第二副桿件上設有應變標尺；所述第一活塞桿及第二活塞桿的外端與受力主體的一端面連接、第一連接臂及第二連接臂的尾端與固定支座的一端面連接。

有益效果：本實用新型分為兩個部分：1.測力裝置中的第一副桿件能將壓縮彈簧伸縮量放大；利用第一主桿件和第一副桿件的容器直徑差和液體體積不變原則，將液面高度差放大，反映出力的精確變化； 2.測應變裝置利用第二主桿件和第二副桿件的容器直徑差和液體體積不變原則，將液面高度差放大，反映出壓縮彈簧的精確變化量；3. 測力裝置和測應變裝置組合在一起使用，能同時測量受力和應變量，并進一步地提高了測量精度；4.本實用新型不但能精確反映力的大小和應變量，還有造價低廉、成本低、結(jié)構簡單的優(yōu)點。

附圖說明

圖1是本實用新型的結(jié)構示意圖。

具體實施方式

胡克定律（Hooke's law），又譯為虎克定律，是力學彈性理論中的一條基本定律，表述為：固體材料受力之后，材料中的應力與應變（單位變形量）之間成線性關系。滿足胡克定律的材料稱為線彈性或胡克型（英文Hookean）材料。胡克定律的表達式為F=k·x或△F=k·Δx，其中k是常數(shù)，是物體的勁度（倔強）系數(shù)。在國際單位制中，F(xiàn)的單位是牛，x的單位是米，它是形變量（彈性形變），k的單位是牛/米。倔強系數(shù)在數(shù)值上等于彈簧伸長（或縮短）單位長度時的彈力。

根據(jù)胡克定律設計出一個結(jié)構簡單的理論力學教具，其結(jié)構為：如圖1所示，包括測力裝置，測力裝置由第一主桿件1、第一活塞桿2、壓縮彈簧3、第一連接臂4及第一副桿件5構成；第一主桿件1為大筒體，第一活塞桿2的活塞端設置在第一主桿件1內(nèi)，第一活塞桿2的活塞端與第一主桿件1密封配合，第一主桿件1的內(nèi)腔與第一活塞桿2之間設有壓縮彈簧3，第一主桿件1的前端與第一連接臂4的前端固定連接；活動的第一副桿5件為小筒體，第一副桿件5的一端通過第一導管6與第一主桿件1的內(nèi)腔連通，第一主桿件1的內(nèi)腔充滿液體，第一副桿件5上設有測力標尺7，測力標尺7為刻度尺；還包括測應變裝置，測應變裝置由第二主桿件8、第二活塞桿9、第二連接臂10及第二副桿件11構成；第二主桿件8為大筒體，第二活塞桿9的活塞端設置在第二主桿件8內(nèi)，第二活塞桿9的活塞端與第二主桿件8密封配合，第二主桿件8的前端與第二連接臂10的前端固定連接；活動的第二副桿件11為小筒體，第二副桿件11的一端通過第二導管12與第二主桿件8的內(nèi)腔連通，第二主桿件8的內(nèi)腔充滿液體，第二副桿件11上設有應變標尺13，變標尺13均為刻度尺；所述第一活塞桿2及第二活塞桿9的外端與受力主體14的一端面固定連接，受力主體14與受力裝置連接后，能對第一活塞桿2及第二活塞桿9施加壓力；所述第一連接臂4及第二連接臂10的尾端與固定支座15的一端面固定連接；測力裝置和測應變裝置通過受力主體14、固定支座15裝配成一體式結(jié)構后呈對稱設置。

該教具分為兩個部分：1.測力裝置中的第一主桿件可以承受較大的拉壓力；第一副桿件是實現(xiàn)放大的裝置，既可以通過液面的上升與下降，通過刻度比較精確地展示出力的大??；受力主體施加壓力后，第一主桿件中的液體受力擠壓，受力擠壓溢出的液體通過導管進入第一副桿件內(nèi)，液體受壓體積不變，第一副桿件橫截面小于第一主桿件，所以第一副桿件液面上升距離遠大于第一主桿件下降距離，從而可以精確測出彈簧壓縮量，計算出力。2.測應變裝置與測力裝置的最大區(qū)別是第二主桿件內(nèi)沒有壓縮彈簧，受力主體施加壓力后，第二主桿件內(nèi)的液體會隨之壓縮，沒有回彈力，第二主桿件內(nèi)的液體壓入第二副桿件內(nèi)，通過第二主桿件與第二副桿件的橫截面積之差來實現(xiàn)放大液面的位移差，從而可以精確測量教具的應變。

在工作原理方面，由于測力裝置內(nèi)的壓縮彈簧受壓形變較小，難以直觀的向我們展示出力的大小，我們即采用了放大原理，將無受力的壓縮彈簧固定在30ml的第一主桿件內(nèi)，第一主桿件中注滿水并排除其內(nèi)的氣泡以保證精確度，然后再將第一主桿件的導出端與第一副桿件相連接，第一副桿件上設有一個簡單的由刻度尺改裝的測力標尺，第一主桿件排除水的體積和第一副桿件內(nèi)進入水的體積相同，只需要記錄第一副桿件中的初始液面高度就可以直接讀出第一主桿件的受力大小，更加直觀和方便。實驗過程中比較重要的一點就是要保證放大裝置的水平度，越水平，實驗結(jié)果越精確。測應變裝置工作原理與測力裝置類似，這里不重復贅述了。

運動分析及計算:1.采用1.5WN每米的壓縮彈簧，第一主桿件為1cm/1.5ml ，第一副桿件為1cm/0.1ml，第一副桿件能將讀數(shù)放大15倍；第一主桿件的行程為1mm，第一副桿件的行程為15cm，測力范圍為0~150N，當?shù)谝换钊麠U承受100N的力時，第一、第二兩個活塞桿同時下降0.7mm，將第一主桿件中的液體壓入1.5ml至第一副桿件中，第一主桿件中的液面下降0.6mm，第一副桿件中的液面上升70.7mm，測力標尺的讀數(shù)為70.7N，即測力值為70.7N。2.第二主桿件為1cm/1.5ml ，第二副桿件為1cm/0.1ml，第二副桿件能將讀數(shù)放大15倍；當受力時，第二主桿件內(nèi)的液體會壓縮，將第二主桿件中的液體壓入1.5ml至第二副桿件中，第二主桿件內(nèi)的液面下降0.6mm，第二副桿件內(nèi)的液面上升70.7mm ，應變標尺讀數(shù)為0.6mm，即變形量為0.6mm。