книги из ГПНТБ / Радченко, А. К. Методика демонстрационного эксперимента по технической механике учебное пособие

плоскости и оси координат; усилия, возникающие в стер­ жнях пространственного кронштейна, показ метода определения момента силы относительно оси. Все опыты по теме «Пространственная система сил» имеют очень

Рис. 2.3

большое значение для развития у учащихся пространст­ венного воображения. Кроме того, имея дополнительно динамометры, можно демонстрировать сложение и раз­ ложение сил, определение КПД блоков.

Набор состоит из трех плоскостей, соединенных меж­

ду собой под .прямым углом пазами типа «ласточкина хвоста». Плоскости имеют двоякое назначение: имити­ руют пространственную систему координат, причем ося­ ми координат являются линии пересечения плоскостей,

30

продолжением которых будут стрелки, вставленные в от­ верстия, просверленные вдоль линии соединения плоско­ стей; служат несущими плоскостями при демонстрации опытов. На них крепятся диски, блоки, векторы и теле­ скопические стрелки с шарнирами.

Вертикальные плоскости имеют отверстия диаметром 1 мм, расположенные в горизонтальном и вертикальном направлениях на расстоянии 20 мм. Отверстия предна­ значены для крепления векторов на плоскости и оси коор­ динат.

На одной вертикальной ,плоскости имеются шесть от­ верстий диаметром 6 мм для крепления осей 12 с блока­ ми 11, отверстие диаметром 16 мм для крепления втулки с осью дисков 13, два отверстия с резьбой M3 для кре­ пления свободного конца плоской спиральной пружины 14 и п-образного указателя 10.

Другая вертикальная плоскость имеет: дуговой паз радиусом 98 мм для подвижного крепления вектора с помощью винта с круглой головкой при демонстрации проекции вектора на две взаимно перпендикулярные оси,

горизонтальный паз длиной 204 мм для крепления и пе­ ремещения указателя 7 вектора равнодействующей двух сил и концов двух плоских стержней; отверстие диамет­

ром 4 мм, расположенное по линии продолжения гори­ зонтального паза и служащее для крепления двух плос­ ких стержней 9 со скользящими указателями 8, три от­ верстия диаметром 3 мм для крепления шарниров с телескопическими стержнями 16.

Кплоскостям для демонстрации опытов прилагаются:

1)блоки 11, которые крепятся на вертикальной пло­ скости при помощи осей 12 с гайками. Длина каждой пары осей определяется расстоянием плоскости диска, в которой должны находиться соответствующие блоки от вертикальной плоскости;

соответствующие блоки, подвешены грузы. На большом диске имеется шкала, выделенное деление которой — на­

чало отсчета. Диски крепятся на вертикальной плоскости при помощи оси, вставленной во втулку. Для уменьше­ ния трения ось вращается в шарикоподшипниках;

31

3) плоская спиральная пружина 14, предназначенная для создания противодействующего момента моменту сил, действующих на диски. Внутренний конец пружины

крепится в пазу оси дисков, внешний конец ■— на верти­ кальной плоскости винтом;

4) четыре плоских стержня 9 с сантиметровыми деле­ ниями. На поверхности двух стержней с небольшим тре­

нием можно передвигать стрелки 8, которые служат для фиксирования размеров слагаемых векторов-сил. Для фиксирования величины и направления слагаемых сил

предназначена стрелка 7, которая вместе с двумя други­ ми плоскими стержнями крепится в пазу вертикальной

плоскости; 5) стрелка-вектор 6 переменной длины, служащая для

демонстрации проекции силы на две взаимно перпенди­ кулярные оси. Стрелка состоит из двух частей; подвиж­ ная часть вектора легко скользит в неподвижной. Два отверстия в неподвижной части вектора предназначены для крепления стрелки на плоскости;

6) набор стрелок 2 переменной длины. Каждая стрел­

ка состоит из двух частей. Подвижная часть стрелки с небольшим трением перемещается в неподвижной. К не­

подвижной части стрелки припаян штырь конической формы. Штырем стрелка крепится на плоскости и на ци­ линдрической головке телескопической стойки-держате- теля 15\

7)оси координат 3, которые крепятся на подставке 5: ось Z свободно проходит через отверстие в подставке, оси X и Y ввинчиваются в отверстия подставки и поджима­ ют ось Z. Эту модель осей можно закреплять на плоско­ сти XOY в точке соединения всех трех плоскостей. Для

этого ось Z, которая пропущена через отверстие на под­ ставке, укрепляется на горизонтальной плоскости в точке соединения всех трех плоскостей и поджимается осями X и У. Вдоль осей координат с небольшим трением могут скользить стрелки 4;

8)телескопическая стрелка-вектор с шаровым шар­ ниром 1, которая штырем крепится в отверстии на под­ ставке модели осей координат. Телескопическая стрелка предназначена для демонстрации проекции силы на три

взаимно перпендикулярные плоскости и оси координат;

9)три телескопических стержня с шарнирами 16,

предназначенные для демонстрации пространственного

32

кронштейна. Шарнир служит для подвижного крепления стержней к плоскости. Концы двух стержней отогнуты под углом 150°. Для подвижного соединения трех стерж­ ней на их концах имеются отверстия (с помощью петли подвески при сборке пространственного кронштейна);

10)п-о'бразный указатель 10, который крепится па вертикальной плоскости и служит для отсчета величины момента силы по шкале на большом диске;

11)набор цветных нитей: нити с петдями на концах, нити с отвесом на одном ее конце;

12)проволочная петля для подвешивания грузов к подвижному блоку.

2.2.2.Кронштейн с шарнирным соединением

Прибор предназначен для демонстрации опытов по теме «Плоская система сходящихся сил». Прибор следу­ ет ,применять при решении задач, особенно эксперимен-

тальных, т. е. задач, данные -для решения которых при­ нимаются в зависимости от поставленной цели задачи, и

полученные результаты решения проверяются непосред­ ственно на опыте.

Прибор (рис. 2.4) состоит из основания 7, на котором

установлена стойка 6 с прорезью. Зажимными винтами через .прорезь стойки закреплены обоймы 4 с транспорти­ рами и направляющими трубками 5 на полуосях. Про­ резь стойки позволяет изменять положение обойм с на­ правляющими втулками и тем самым менять условия демонстрации опыта. В направляющих трубках крон­ штейна проходят стальные стержни 2. Свободные концы стержней соединены между собой шарнирно петлей, к ко­ торой подвешиваются грузы при нагружении крон­ штейна.

Для измерений усилий в стержнях на них насажены проволочные спиральные пружины со шкалой, ,предвари­ тельно проградуированной. Один конец пружины при­ креплен к стержню подвижной муфтой 3, второй — к направляющей трубке 5.

Подвижность направляющих трубок, стержней и муфт дает возможность изменять размеры стержней

кронштейна и величину углов между ними и стойкой.

Для того чтобы изменить длину стержней, ослабляют винты 1 на муфтах. После установления нужной длины стержней зажимные винты 1 затягивают. При хранении прибора спиральные пружины должны находиться в недеформированном состоянии.

2.2.3. Прибор для определения реакции опор с учетом сил трения

Прибор (рис. 2. 5) состоит из основания 10, на кото­

ром укреплен указатель 6' нормальной составляющей ре­ акции. При помощи стрелки-указателя устанавливается модуль вектора нормальной составляющей в масштабе,

который показывает пружина динамометра. На основа­

нии прибора закреплены стойки 1, 4 и 9. Стойка 4 имеет

два отверстия: одно отверстие служит для крепления пру­ жины динамометра 3, другое — для направления натяже­ ния нити. Стойка 1 имеет четыре отверстия: осевое от­ верстие для крепления указателя нормальной составля­ ющей 6, нижнее диаметральное отверстие с резьбой для

34

крепления оси вектора 7 реакции; два диаметральных отверстия: одно служит для направления движения ры­ чага 5, другое — для направления движения нити. Нить,

прикрепленная к рычагу и перекинутая через блок 8,

укрепленный на стойке 9, проходит через отверстия в стойках 4 и 1 и заканчивается петлей на конце. Расстоя­ ние между соответствующими отверстиями в стойках 4 и I равно диаметру блока 8. Причем оси этих парных от­ верстий в стойках 4 и 1 лежат в одной плоскости с бло­

скользящей стрелкой. Один конец стержня закреплен на оси стойки 1. На стержень надевается петля рычага, при помощи которой он удерживается в вертикальном на­

правлении при отсутствии действующих на прибор внеш­ них сил и отклоняется от вертикали при действии внеш­ них сил.

Величину силы трения определяем по шкале 2, за­ крепленной на основании прибора. Цена деления этой шкалы и цена делений, нанесенных на стержнях 6 и 7, одинакова.

Если приложить к нити горизонтальную силу, пружи­ на прибора растянется, рычаг переместится в сторону,

противоположную движению прибора, и отклонит вектор реакции на угол, пропорциональный силе трения, кото­ рую можно измерить по горизонтальной шкале 2. Макси­ мальный угол отклонения вектора реакции от вертикали

равен углу трения.

2.2.4. Набор по теме «Центр тяжести и равновесия тел»

В набор (рис. 2.6) входят: плоские фигуры 1 различ­ ной формы с отверстиями диаметром 1 мм и отвес 4 на нити (отверстия служат для подвешивания фигур при определении их центра тяжести опытным путем) ; дере­ вянный брус 5 размером 10× 10×30 см для определения опрокидывающего момента; два одинаковых деревян­ ных бруса 3 размером 4×5× 13 см; призма 6, выпускае­ мая промышленностью для школьного физического каби­ нета, с отвесом в ее центре тяжести; опорные плоско­ сти 2. Все стержни призмы соединены шарнирно, что

позволяет продемонстрировать учащимся зависимость устойчивости тела, опирающегося на плоскость, от поло­

жения его центра тяжести относительно его опорной

поверхности.

Рис. 2.6

2.2.5. Прибор для демонстрации трения в клине

Прибор (см. рис. 3.26) представляет собой деревянный брус с тремя параллельными клинообразными пазами. Углы между гранями каждого из пазов, а также клиньев,

входящих в них, равны 30, 45 и 60°. Клинья могут пере­

мещаться по пазам с небольшим трением.

2.2.6. Т-образный стержень

для подвешивания к ней грузов и втулка в средней ее ча­ сти. Стопором для втулки служит второй стержень, кото­

рый ввинчивается в отверстие втулки, перпендикулярное к оси первого стержня. Свободный конец второго стерж­

36

ня имеет вид плоской пластины, при помощи которой Т-образный стержень крепится в лаіпке-держателе на штативе.

2.2.7. Модели к задачам

1. Модель нагруженного вала (рис. 2.7) представляет собой два шкива ременной передачи, жестко насаженных

на горизонтальный вал. Направления натяжения ремней

изображены стрелками из жести. Вал укреплен на двух опорах к основанию прибора. Через одну из опор прохо­ дит начало пространственной системы координат, выполг ненной в виде, проволочной модели.

Применение модели на уроке при решении задач по­ может найти проекции сил на оси координат, а также

будет способствовать лучшему усвоению условия задачи,

развитию пространственных воображений.

2. Модель нагруженного вала, разработанная препо­

она телескопическая), на которой укреплен блок. На средней части вала намотана тесьма, поддерживающая

37

груз Q. Радиус колеса, насаженного на вал, в шесть раз

больше радиуса вала, а груз P по сравнению с условием задачи уменьшен в 10 раз.

Эта модель не только способствует лучшему ,понима­ нию условия задачи, но и позволяет ,проверить результат решения задачи.

Модель, разработанная преподавателями Минского политехнического техникума, для демонстрации нагру­

женной консольной балки состоит из основания прибора,

на котором укреплен стальной стержень цилиндрической формы (рис. 2.8). По стержню может свободно переме­ щаться втулка с консольной балкой. Втулка легко сколь­

зит вниз и с подвешенным грузом. Постепенно двигая груз по балке, можно найти для него такое положение, при котором балка удерживается в горизонтальном поло­ жении (см. рис. 1.3).

Использование этой модели на уроке при решении задачи дает возможность хорошо усвоить физический смысл задачи, выявить причины горизонтального распо­ ложения балки с подвешенным к ней грузом.

2.3.ПРИБОРЫ ПО КИНЕМАТИКЕ И ДИНАМИКЕ

2.3.1.Плоская модель кривошипно-шатунного механизма

Модель (рис. 2.9) состоит из вращающегося вокруг

неподвижной оси кривошипа 6, шатуна 5 и ползуна 3,

38

который может совершать .поступательное движение по направляющим рейкам 2.

Весь механизм крепится на ¡панели, для чего на ней имеются штыри, в которые входят отверстия двух на­ правляющих реек 2 и ось кривошипа.

Ползун и шатун имеют по три отверстия для закреп­ ления самописцев для записи траекторий движения фик­ сированных точек шатуна и ползуна на листе бумаги,

которая подкладывается под механизм на панель.

Рис. 2.9

Самописцы представляют собой шариковые стержни, вставленные во втулки 4, которые ввинчиваются в от­ верстия механизма. При записи траекторий шариковые стержни прижимаются к листу бумаги спиральными пру­ жинами, вставленными во втулку вместе со стержнем. Спиральная пружина 1 во втулке удерживается гайкой.

При непрерывном вращении кривошипа в одну сто­ рону ползун совершает возвратно-поступательное движе­ ние вдоль неподвижных направляющих реек 2. На моде­ ли кривошипно-шатунного механизма рассматривается большое число задач, для решения которых необходимо

получить различные кинематические зависимости, имею­ щие место в данном механизме (например, найти уравне­

ние движения любой точки шатуна, кривошипа, пол­

зуна).

39