技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種在科教試驗(yàn)和娛樂(lè)活動(dòng)中使用的裝置。更具體地說(shuō)，本發(fā)明涉及一種用于科教試驗(yàn)的傅科擺演示裝置。

背景技術(shù)：

為了證明地球在自轉(zhuǎn)，法國(guó)物理學(xué)家傅科（1819—1868）于1851年做了一次成功的擺動(dòng)實(shí)驗(yàn)，傅科擺由此而得名。實(shí)驗(yàn)在法國(guó)巴黎先賢祠最高的圓頂下方進(jìn)行，擺長(zhǎng)67米，擺錘重28公斤，懸掛點(diǎn)經(jīng)過(guò)特殊設(shè)計(jì)使摩擦減少到最低限度。這種擺慣性和動(dòng)量大，因而基本不受地球自轉(zhuǎn)影響而自行擺動(dòng)，并且擺動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)。在傅科擺試驗(yàn)中，人們看到，擺動(dòng)過(guò)程中擺動(dòng)平面沿順時(shí)針?lè)较蚓従忁D(zhuǎn)動(dòng)，擺動(dòng)方向不斷變化。分析這種現(xiàn)象，擺在擺動(dòng)平面方向上并沒(méi)有受到外力作用，按照慣性定律，擺動(dòng)的空間方向不會(huì)改變，因而可知，這種擺動(dòng)方向的變化，是由于觀察者所在的地球沿著逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果，地球上的觀察者看到相對(duì)運(yùn)動(dòng)現(xiàn)象，從而有力地證明了地球是在自轉(zhuǎn)。

現(xiàn)有的傅科擺用在科教試驗(yàn)中，具體來(lái)說(shuō)，通常包括以下結(jié)構(gòu)：擺線、擺球及擺球下方的底座，底座上標(biāo)識(shí)有方向線。將擺球放置一定的高度，釋放擺球，擺球擺動(dòng)過(guò)程中擺動(dòng)平面沿順時(shí)針?lè)较蚓従忁D(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)底座上的方向線，擺動(dòng)方向不斷變化，判斷出由于地球的自轉(zhuǎn)導(dǎo)致此種現(xiàn)象的發(fā)生。

現(xiàn)有技術(shù)中用于科教試驗(yàn)的傅科擺存在如下缺點(diǎn)：一、操作繁瑣復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象不易觀察；二、擺球在擺動(dòng)過(guò)程中由于空氣阻力，能量很快，可供觀察的時(shí)間少，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不易捕捉；三、整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性較低，不能滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)演示，易損壞，返修率高。

如何設(shè)計(jì)出一款傅科擺演示裝置，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，能夠提供補(bǔ)償力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的擺動(dòng)，這是急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，公開(kāi)了一種傅科擺演示裝置。

本發(fā)明的一個(gè)目的在于，設(shè)計(jì)出一種傅科擺演示裝置，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，能夠提供補(bǔ)償力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的擺動(dòng)，展示效果好，且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，使用壽命長(zhǎng)。

為了實(shí)現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的這些目的和其它優(yōu)點(diǎn)，提供了一種傅科擺演示裝置，包括：

單擺，其具有擺線和擺球，所述擺線一端固定，另一端連接擺球，所述單擺的周期為T(mén)；

永磁鐵，其安裝在擺球上；

光電開(kāi)關(guān)，其用于檢測(cè)上方是否有擺球通過(guò)，當(dāng)擺球通過(guò)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化；

PLC，其用于接收光電開(kāi)關(guān)的電信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令；

繼電器，其用于接收PLC通斷電的控制指令，并做出相應(yīng)的動(dòng)作；

電磁線圈，其電源通斷受控于上述繼電器，用于吸引擺球上的永磁鐵，為擺球提供補(bǔ)償力；

電源，其為上述各電器元件提供電能；

其中，當(dāng)單擺的擺球通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)記為0時(shí)，待略小于0.5T時(shí)間后，繼電器閉合0.1-0.3s后再斷開(kāi)。

優(yōu)選的是，所述擺線通過(guò)第一固定絲與擺球連接固定。

優(yōu)選的是，所述第一固定絲呈圓錐體，圓錐體底面中部向外延伸出螺紋柱，螺紋柱上開(kāi)設(shè)通孔一直延伸至圓錐體外，所述擺球上向心開(kāi)設(shè)第一螺紋孔，所述第一固定絲的螺紋柱內(nèi)插入固定擺線并旋入第一螺紋孔內(nèi)。

優(yōu)選的是，所述永磁鐵為圓環(huán)狀，并通過(guò)第二固定絲與擺球連接固定。

優(yōu)選的是，所述第二固定絲呈圓錐體，圓錐體底面中部向外延伸出螺紋柱，所述擺球上向心開(kāi)設(shè)第二螺紋孔，所述第二固定絲的螺紋柱上套接永磁鐵并旋入第二螺紋孔內(nèi)。

優(yōu)選的是，所述第一螺紋孔和第二螺紋孔相對(duì)擺球球心對(duì)稱(chēng)。

優(yōu)選的是，所述電磁線圈纏繞在光電開(kāi)關(guān)外周。

優(yōu)選的是，所述電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)位于擺球自然下垂時(shí)的正下方位置。

優(yōu)選的是，所述電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)安裝在底座內(nèi)，底座邊沿設(shè)有一周護(hù)欄。

本發(fā)明至少包括以下有益效果：由于單擺的擺球上安裝永磁鐵，單擺在擺動(dòng)過(guò)程中，PLC控制單擺下方的電磁線圈通斷電，通過(guò)適時(shí)吸引永磁鐵不斷的給擺球補(bǔ)償力，因此單擺能夠長(zhǎng)時(shí)間以相同振幅擺動(dòng)，不會(huì)因空氣阻力衰減停止，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，能夠提供補(bǔ)償力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的擺動(dòng)，可供觀察的時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷重復(fù)容易捕捉，整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)演示，展示效果好；由于擺線通過(guò)第一固定絲與擺球連接固定，因此便于擺線與擺球的連接，拆裝快速便捷，結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定，返修率低，使用壽命長(zhǎng)；由于永磁鐵為圓環(huán)狀，并通過(guò)第二固定絲與擺球連接固定，因此便于擺球與永磁鐵的連接，拆裝快速便捷，圓環(huán)狀的永磁鐵套接在第二固定絲上便于位置調(diào)節(jié)，定位效果好，結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定；由于電磁線圈纏繞在光電開(kāi)關(guān)外周，因此結(jié)構(gòu)緊湊，體積大大減小，整體性提高；由于電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)安裝在底座內(nèi)，底座邊沿設(shè)有一周護(hù)欄，因此電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)集成安裝在底座內(nèi)，電路安全系數(shù)高，外觀效果好，護(hù)欄避免試驗(yàn)受到外部環(huán)境干擾，提高產(chǎn)品演示的準(zhǔn)確性。

本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)、目標(biāo)和特征將部分通過(guò)下面的說(shuō)明體現(xiàn)，部分還將通過(guò)對(duì)本發(fā)明的研究和實(shí)踐而為本領(lǐng)域的技術(shù)人員所理解。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的實(shí)施例中傅科擺演示裝置的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本發(fā)明的實(shí)施例中傅科擺演示裝置的電路圖；

圖3為本發(fā)明的實(shí)施例中傅科擺演示裝置擺球的放大剖視圖；

圖4為本發(fā)明的實(shí)施例中傅科擺演示裝置防護(hù)罩與三腳架的裝配圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，以令本領(lǐng)域技術(shù)人員參照說(shuō)明書(shū)文字能夠據(jù)以實(shí)施。

應(yīng)當(dāng)理解，本文所使用的諸如“具有”、“包含”以及“包括”術(shù)語(yǔ)并不配出一個(gè)或多個(gè)其它元件或其組合的存在或添加。

圖1至4示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實(shí)現(xiàn)形式，其中包括：?jiǎn)螖[1，所述單擺1具有擺線11和擺球12，所述擺線11一端固定，另一端連接擺球12，所述單擺1的周期為T(mén)，所述擺球12上安裝永磁鐵2，所述單擺1自然下垂時(shí)擺球12下方設(shè)置光電開(kāi)關(guān)，所述光電開(kāi)關(guān)信號(hào)輸出端與信捷PLCXC2-16T的信號(hào)輸入端連接，信捷PLCXC2-16T的信號(hào)輸出端與固態(tài)繼電器輸入端連接，固態(tài)繼電器的輸出端分別連接電磁線圈的正負(fù)電源輸入端，所述光電開(kāi)關(guān)、信捷PLCXC2-16T和固態(tài)繼電器的電能均由24V直流電源提供，所述電磁線圈的電能由48V直流電源提供，所述24V、48V直流電源由電源變壓器轉(zhuǎn)換電網(wǎng)電壓獲得，當(dāng)單擺1的擺球12通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)記為0時(shí)，待略小于0.5T時(shí)間后，信捷PLCXC2-16T將信號(hào)傳輸至固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器接通電磁線圈電源0.2s后再斷開(kāi)。本發(fā)明單擺的擺球上安裝永磁鐵，單擺在擺動(dòng)過(guò)程中，PLC控制單擺下方的電磁線圈通斷電，通過(guò)適時(shí)吸引永磁鐵不斷的給擺球補(bǔ)償力，因此單擺能夠長(zhǎng)時(shí)間以相同振幅擺動(dòng)，不會(huì)因空氣阻力衰減停止，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，能夠提供補(bǔ)償力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的擺動(dòng)，可供觀察的時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷重復(fù)容易捕捉，整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)演示，展示效果好。

單擺1用于證明單擺在擺動(dòng)過(guò)程受地球自轉(zhuǎn)影響；擺線11和擺球12構(gòu)成單擺的要件；永磁鐵2用于與通電后的電磁線圈產(chǎn)生相吸作用；光電開(kāi)關(guān)，其用于檢測(cè)上方是否有擺球通過(guò)，當(dāng)擺球通過(guò)時(shí)，光電開(kāi)關(guān)的發(fā)射端和接收端之間光的強(qiáng)弱變化轉(zhuǎn)化為電流的變化；信捷PLCXC2-16T用于接收光電開(kāi)關(guān)的電信號(hào)，并產(chǎn)生相應(yīng)的控制指令；固態(tài)繼電器用于接收PLC通斷電的控制指令，并做出相應(yīng)的動(dòng)作；電磁線圈用于吸引擺球上的永磁鐵，為擺球提供補(bǔ)償力；24V、48V直流電源為上述各電器元件提供電能。

在這種技術(shù)方案中，將單擺的擺球向一側(cè)提升一定的高度，擺線拉直，擺線與豎直方向的夾角不大于10度，然后釋放擺球，同時(shí)為各電器元件通電。單擺的擺球上安裝永磁鐵，單擺在擺動(dòng)過(guò)程中，PLC控制單擺下方的電磁線圈通斷電，通過(guò)適時(shí)吸引永磁鐵不斷的給擺球補(bǔ)償力，因此單擺能夠長(zhǎng)時(shí)間以相同振幅擺動(dòng)，不會(huì)因空氣阻力衰減停止，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，能夠提供補(bǔ)償力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的擺動(dòng)，可供觀察的時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷重復(fù)容易捕捉，整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)演示，展示效果好。

在另一種實(shí)例中，所述擺線11通過(guò)第一固定絲3與擺球12連接固定，所述第一固定絲3呈圓錐體，圓錐體底面中部向外延伸出螺紋柱31，螺紋柱31上開(kāi)設(shè)通孔32一直延伸至圓錐體外，所述擺球12上向心開(kāi)設(shè)第一螺紋孔4，所述第一固定絲3的螺紋柱31內(nèi)插入固定擺線11并旋入第一螺紋孔4內(nèi)。采用這種方案具有便于擺線與擺球的連接，拆裝快速便捷，結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定，返修率低，使用壽命長(zhǎng)的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實(shí)例的說(shuō)明，但并不局限于此。

在另一種實(shí)例中，所述永磁鐵2為圓環(huán)狀，并通過(guò)第二固定絲5與擺球12連接固定，所述第二固定絲5呈圓錐體，圓錐體底面中部向外延伸出螺紋柱51，所述擺球12上向心開(kāi)設(shè)第二螺紋孔6，所述第二固定絲5的螺紋柱51上套接永磁鐵2并旋入第二螺紋孔6內(nèi)。采用這種方案具有便于擺球與永磁鐵的連接，拆裝快速便捷，圓環(huán)狀的永磁鐵套接在第二固定絲上便于位置調(diào)節(jié)，定位效果好，結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實(shí)例的說(shuō)明，但并不局限于此。

在另一種實(shí)例中，所述電磁線圈纏繞在光電開(kāi)關(guān)外周。采用這種方案具有結(jié)構(gòu)緊湊，體積大大減小，整體性提高的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實(shí)例的說(shuō)明，但并不局限于此。

在另一種實(shí)例中，所述電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)安裝在底座7內(nèi)，底座7邊沿設(shè)有一周護(hù)欄8。采用這種方案電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)集成安裝在底座內(nèi)，電路安全系數(shù)高，外觀效果好，護(hù)欄避免試驗(yàn)受到外部環(huán)境干擾，提高產(chǎn)品演示的準(zhǔn)確性的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實(shí)例的說(shuō)明，但并不局限于此。

在另一種實(shí)例中，所述擺線11固定端連接在防護(hù)罩9內(nèi)，防護(hù)罩9為一端開(kāi)口的圓筒形，所述防護(hù)罩9倒掛在屋頂?shù)姆苛荷希雷o(hù)罩9的筒底上通過(guò)螺絲固定四個(gè)三角架10，根據(jù)尺寸需要在三角架10上開(kāi)設(shè)安裝孔，使用時(shí)安裝孔內(nèi)穿過(guò)膨脹螺栓固定在房梁側(cè)面。采用這種方案具有能夠保持?jǐn)[線固定端的清潔，避免試驗(yàn)受到外部環(huán)境干擾，提高產(chǎn)品演示的準(zhǔn)確性，通過(guò)三腳架在房梁側(cè)面打孔固定，防護(hù)罩與房梁的連接更加穩(wěn)固，承重大，提高使用安全性的有利之處。并且，這種方式只是一種較佳實(shí)例的說(shuō)明，但并不局限于此。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明，由于單擺的擺球上安裝永磁鐵，單擺在擺動(dòng)過(guò)程中，PLC控制單擺下方的電磁線圈通斷電，通過(guò)適時(shí)吸引永磁鐵不斷的給擺球補(bǔ)償力，因此單擺能夠長(zhǎng)時(shí)間以相同振幅擺動(dòng)，不會(huì)因空氣阻力衰減停止，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易操作，能夠提供補(bǔ)償力，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間的擺動(dòng)，可供觀察的時(shí)間長(zhǎng)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象不斷重復(fù)容易捕捉，整個(gè)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性高，滿(mǎn)足長(zhǎng)時(shí)間的循環(huán)演示，展示效果好；由于擺線通過(guò)第一固定絲與擺球連接固定，因此便于擺線與擺球的連接，拆裝快速便捷，結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定，返修率低，使用壽命長(zhǎng)；由于永磁鐵為圓環(huán)狀，并通過(guò)第二固定絲與擺球連接固定，因此便于擺球與永磁鐵的連接，拆裝快速便捷，圓環(huán)狀的永磁鐵套接在第二固定絲上便于位置調(diào)節(jié)，定位效果好，結(jié)構(gòu)新穎、穩(wěn)定；由于電磁線圈纏繞在光電開(kāi)關(guān)外周，因此結(jié)構(gòu)緊湊，體積大大減小，整體性提高；由于電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)安裝在底座內(nèi)，底座邊沿設(shè)有一周護(hù)欄，因此電磁線圈和光電開(kāi)關(guān)集成安裝在底座內(nèi)，電路安全系數(shù)高，外觀效果好，護(hù)欄避免試驗(yàn)受到外部環(huán)境干擾，提高產(chǎn)品演示的準(zhǔn)確性。

盡管本發(fā)明的實(shí)施方案已公開(kāi)如上，但其并不僅僅限于說(shuō)明書(shū)和實(shí)施方式中所列運(yùn)用。它完全可以被適用于各種適合本發(fā)明的領(lǐng)域。對(duì)于熟悉本領(lǐng)域的人員而言，可容易地實(shí)現(xiàn)另外的修改。因此在不背離權(quán)利要求及等同范圍所限定的一般概念下，本發(fā)明并不限于特定的細(xì)節(jié)和這里示出與描述的圖例。