專利名稱：物體平衡演示器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及的是一種可以演示出物理學(xué)中表現(xiàn)物體各種靜態(tài)平衡及動態(tài)平衡狀態(tài)的演示器具，尤其適宜作為物理教學(xué)器具使用。
物體的力學(xué)平衡狀態(tài)是物理學(xué)，尤其是物理教學(xué)中的一項基本內(nèi)容。這種平衡狀態(tài)可分為靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡兩大類。靜態(tài)平衡是物體在靜止情況下所表現(xiàn)出的一種平衡狀態(tài)，按其平衡狀態(tài)時的重心位置與支承點(或面)間相對位置關(guān)系的不同又可分為重心高于支承點(或面)的不穩(wěn)定平衡、重心低于支承點(或面)的穩(wěn)定平衡和重心始終位于支承點(或面)上的隨遇平衡三種。例如中國專利87205022.X介紹的地球儀利用的就是穩(wěn)定平衡的原理。動態(tài)平衡則是物體只有在運動過程中才能表現(xiàn)出的一種平衡狀態(tài)，一旦停止運動，平衡狀態(tài)隨即消失，如旋轉(zhuǎn)中的陀螺所表現(xiàn)出的平衡即是。物體的這些平衡狀態(tài)雖然是人們早已熟知的基本原理和內(nèi)容，但在演示它們，尤其是在教學(xué)中向?qū)W生講解和演示這些平衡狀態(tài)及力學(xué)原理時，卻至今尚未見到能綜合演示出上述各種平衡狀態(tài)的理想器具，而只能分別用些簡單的物品演示其中的某些平衡狀態(tài)。這不能不說是件憾事。
本實用新型的目的是為解決上述問題而提供一種可綜合演示出上述物體各種平衡狀態(tài)的演示器具。
本實用新型的物體平衡演示器中有平衡體和基座兩部分結(jié)構(gòu)。平衡體包括有支撐桿和分布于其周圍的平衡物，其間通過適當(dāng)?shù)穆?lián)接件聯(lián)接。平衡物可以為整體形式，也可以是若干相互分離的分離體形式，其作用為控制和調(diào)整平衡體的整體重心位置。為此，平衡物與支撐桿之間的聯(lián)接件至少應(yīng)能使平衡物在沿支撐桿的長軸方向上進(jìn)行移動和定位。支撐桿一端為自由端，另一端為可活動的支撐端，以便在平衡物的平衡力作用下將平衡體平衡支撐于基座上。由于通過聯(lián)接件平衡物可沿支撐桿長軸方向作位移調(diào)節(jié)，通過這種位移和調(diào)節(jié)，可以改變平衡體的重心與其在基座上的支撐點間的相對位置關(guān)系，從而滿足演示三種靜態(tài)平衡所需的力學(xué)要求。
使平衡體實現(xiàn)上述沿支撐桿長軸方向位移調(diào)節(jié)的方式很多。例如使聯(lián)接件與支撐桿間以螺紋、滑動或其它類似的活動聯(lián)接方式相配合，平衡物即可隨聯(lián)接件一起移動；若在平衡物與聯(lián)接件間采用類似的配合方式，則平衡物即可單獨實現(xiàn)移動調(diào)節(jié)。此外也可以將此兩種方式相結(jié)合，或采用能具有同樣效果的其它適當(dāng)方式。
當(dāng)平衡物以較簡單的整體形式或以質(zhì)量對稱方式分布于支撐桿周圍時，平衡物以上述方式調(diào)節(jié)重心位置即可滿足要求。當(dāng)平衡物為若干分離體的形式，尤其是以質(zhì)量非對稱的形式分布于支撐桿周圍時－－因生產(chǎn)制造中的精度誤差或其它多種原因，這種情況的發(fā)生幾乎是不可避免的，都會使平衡體的重心位置偏離其支撐點所在的垂線。此時通過改變各平衡物所產(chǎn)生作用力矩的方向或／和大小即可使重心位置得到調(diào)整。使平衡物實現(xiàn)這種調(diào)節(jié)并不困難，例如通過采用可使各平衡物能繞支撐桿周圍旋轉(zhuǎn)的聯(lián)接件，就可以使各平衡物在支撐桿周圍所處的方位進(jìn)行調(diào)整和改變，從而改變其作用力矩的方向；采用可以改變各平衡物與支撐桿間距離的聯(lián)接件就可以通過這種距離的變化實現(xiàn)改變其作用力矩大小的目的。
將平衡物的上述各種調(diào)節(jié)方式相結(jié)合，顯然可以使平衡體的重心位置在三維空間內(nèi)的任意調(diào)節(jié)更加方便靈活。這對改善演示效果是十分有利的。例如演示隨遇平衡時，往往需要使平衡物的質(zhì)量分布保持對稱，以使平衡體的重心位置正好落于支撐點上；而演示穩(wěn)定平衡時，若有意使平衡物的質(zhì)量呈非對稱性的分布往往可以產(chǎn)生出優(yōu)于對稱性分布的演示效果。
為進(jìn)一步增加重心位置調(diào)節(jié)的靈活性，在支撐桿的自由端與聯(lián)接有平衡物的聯(lián)接件之間還可以再增設(shè)一個可沿支撐桿移動的重心微調(diào)節(jié)物，最方便的是采用如薄壁球、細(xì)絲環(huán)等形式的輕質(zhì)物體。其除可起調(diào)節(jié)重心的作用外，還有利于增強(qiáng)和改善演示的視覺效果。
對平衡體的重心位置進(jìn)行調(diào)節(jié)主要影響的是靜態(tài)平衡的演示，動態(tài)平衡則與物體的重心位置無關(guān)而只依賴于運動狀態(tài)和運動速度。由本實用新型的上述結(jié)構(gòu)不難看出，因平衡體中只有支撐桿的支撐端與基座相接觸，使其進(jìn)行能實現(xiàn)動態(tài)平衡的各種運動狀態(tài)之一的快速旋轉(zhuǎn)運動十分容易。為減少旋轉(zhuǎn)時支承點發(fā)生位移造成的不穩(wěn)定現(xiàn)象，支撐桿與基座間的支承部位可采用球面或其它能相互適應(yīng)的凸凹結(jié)構(gòu)形式相配合。在提高靜態(tài)平衡演示效果的穩(wěn)定性上這種配合方式同樣也是有利的。
以下通過附圖所示的實施例說明本實用新型的結(jié)構(gòu)，但本實用新型的范圍并不限于下述的實例。


圖1本實用新型物體平衡演示器的結(jié)構(gòu)本例的平衡演示器中有可相互分離的基座6和通過支撐桿1的下端支撐于基座上的平衡體兩部分結(jié)構(gòu)，其間以可相互適應(yīng)的凸凹球面接觸形式相配合。平衡體中的平衡物5為一重質(zhì)鐵環(huán)，其上帶有兩塊可移動的磁性調(diào)節(jié)塊7。平衡物5通過與支撐桿1作螺紋配合的聯(lián)接件3與支撐桿相聯(lián)接。通過聯(lián)接件3帶動平衡物5沿支撐桿長軸方向的位移及調(diào)節(jié)塊7的位置變化可使平衡體的重心與支承點間的位置關(guān)系在三維空間中任意調(diào)節(jié)。聯(lián)接件3與支撐桿1的上部自由端間還設(shè)有一個在聯(lián)接件3推動下可沿支撐桿移動的輕質(zhì)薄壁球體2，作重心微調(diào)節(jié)及增強(qiáng)演示效果用。
在上述結(jié)構(gòu)中，調(diào)節(jié)塊7對重心位置的影響是通過改變作用力矩的方向?qū)崿F(xiàn)的。若將上述平衡物5由整體環(huán)狀改為若干分離體的形式，并使其分別與聯(lián)接件3的連桿4作螺紋聯(lián)接時，是本實用新型的另一種表現(xiàn)形式。此時各平衡物沿斜向的連桿4上下移動，可以改變其與支撐桿1間的距離，其對平衡體重心位置的影響是通過改變作用力矩大小的方式實現(xiàn)的。
權(quán)利要求1.一種可以顯示物體各種平衡狀態(tài)的平衡演示器，其特征在于有平衡體和基座兩部分結(jié)構(gòu)，平衡體包括有支撐桿(1)和分布于其周圍的平衡物(5)，平衡物(5)通過至少能使其沿支撐桿(1)的長軸方向進(jìn)行位置調(diào)節(jié)的聯(lián)接件(3)與支撐桿(1)相聯(lián)接，支撐桿(1)的一端為自由端，另一端為可活動的支撐端，在平衡物(5)的平衡力作用下此支撐端可將平衡體平衡支撐在基座(6)上。
2.如權(quán)利要求1所述的平衡演示器，其特征在于所說的聯(lián)接件(3)在支撐桿(1)上為可沿支撐桿的長軸方向移動和定位的活動配合方式。
3.如權(quán)利要求1所述的平衡演示器，其特征在于所說的平衡物(5)在聯(lián)接件(3)上為可沿支撐桿(1)的長軸方向移動和定位的活動配合方式。
4.如權(quán)利要求1、2、3之一所述的平衡演示器，其特征在于所說的平衡物(5)為分布在支撐桿(1)周圍的若干分離體的形式。
5.如權(quán)利要求4所述的平衡演示器，其特征在于所說的平衡物(5)通過可改變和調(diào)節(jié)其在支撐桿(1)周圍分布方位的聯(lián)接件(3)與支撐桿(1)相聯(lián)接。
6.如權(quán)利要求4所述的平衡演示器，其特征在于所說的平衡物(5)通過可改變和調(diào)節(jié)其與支撐桿(1)間的距離的聯(lián)接件(3)與支撐桿(1)相聯(lián)接。
7.如權(quán)利要求1、2、3之一所述的平衡演示器，其特征在于所說支撐桿(1)的支撐端與基座(6)的支承部位間以能相互適應(yīng)的凸凹球面接觸形式作支承配合。
8.如權(quán)利要求1、2、3之一所述的平衡演示器，其特征在于所說支撐桿(1)的自由端與聯(lián)接件(3)之間設(shè)有可沿支撐桿移動的調(diào)節(jié)物(2)。
專利摘要本實用新型是可以演示物體各種平衡狀態(tài)的演示器具，有平衡體和基座兩部分結(jié)構(gòu)。平衡體中有支撐桿及通過聯(lián)接件與其相聯(lián)接的平衡物。支撐桿的一端為自由端，另一端為活動支撐端，在平衡物的平衡力作用下可將平衡體平衡支撐在基座的支承面上。通過聯(lián)接件，平衡物在支撐桿周圍的分布位置可以變化，使平衡體的重心與支撐點間的相對位置關(guān)系可以調(diào)節(jié)，以滿足演示各種靜態(tài)和動態(tài)平衡的需要。
文檔編號G09B23/08GK2100672SQ9121445
公開日1992年4月1日 申請日期1991年4月30日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月30日
發(fā)明者肖志和 申請人:肖志和