馬格努斯效應演示裝置製造方法
2023-08-08 19:05:06
馬格努斯效應演示裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型所提供的馬格努斯效應演示裝置，包括外殼支撐結構，在所述外殼支撐結構中分別設置有送風機構和擺動裝置；所述送風機構設置在所述外殼支撐結構的上部，其中所述送風機構由風扇固定套、第二電機、扇葉構成，其中所述扇葉固定在風扇固定套上；所述擺動裝置設置在送風機構的正下方；其中擺動裝置包括圓柱體、第一電機、抱箍以及擺杆組件；其中，第一電機設置在圓柱體中，並與圓柱體同軸，從而能夠驅動圓柱體同軸旋轉；所述抱箍一端與電機可旋轉式連接，並且另一端與擺杆組件連接。通過本實用新型的馬格努斯效應演示裝置實現了以下有益效果：使公眾了解流體力學的科學知識，結合生活中的實例，理解為什麼球在運動過程中會發生偏轉等生活現象，激發公眾熱愛科學、探索科學。
【專利說明】馬格努斯效應演示裝置
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種流體力學領域中的演示裝置，更具體地，涉及一種用於研究和演示物體在氣流中運動的馬格努斯效應演示裝置。
【背景技術】
[0002]馬格努斯效應是流體力學中的重要定律。該效應主要體現為:當一個旋轉物體的旋轉角速度矢量與物體飛行速度矢量不重合時，在與旋轉角速度矢量和平動速度矢量組成的平面相垂直的方向上將產生一個橫向力。在這個橫向力的作用下物體飛行軌跡發生偏轉的現象稱作馬格努斯效應。旋轉物體之所以能在橫向產生力的作用，從物理角度分析，是由於物體旋轉可以帶動周圍流體旋轉，使得物體一側的流體速度增加，另一側流體速度減小。根據伯努利定理，流體速度增加將導致壓強減小，流體速度減小將導致壓強增加，這樣就導致旋轉物體在橫向的壓力差，並形成橫向力。同時由於橫向力與物體運動方向相垂直，因此這個力主要改變飛行速度方向，即形成物體運動中的向心力，因而導致物體飛行方向的改變，圖1示出了旋轉物體在氣流中的馬格努斯效應。在我們的生活中，最常見的馬格努斯效應就是例如體育賽事中的香蕉球弧線偏轉運動。
[0003]馬格努斯效應的動態演示無論是對於學生的科普、還是科技工作者對於高速旋轉的物體在氣流中運行軌跡的研究都是至關重要的。我們通過檢索發現，目前還沒有展示馬格努斯效應原理的互動形式的演示裝置。目前有一些裝置只是讓操作者體驗弧線物體的發射過程，並未涉及原理部分操作和控制。還有一些展示流體力學伯努利定律的科普裝置，但展示內容與本實用新型的演示裝置有著明顯區別。
實用新型內容
[0004]本實用新型為了克服上述缺乏人機互動、無法使操作者了解馬格努斯效應原理等一系列缺陷，通過更加直觀、形象的演示手段來再現高速旋轉的物體在氣流中的運行軌跡，從而便於科技工作人員對高速旋轉的物體的馬格努斯效應更好的了解，以便於設計各種相關廣品。
[0005]本實用新型所提供的馬格努斯效應演示裝置，包括外殼支撐結構，在所述外殼支撐結構中分別設置有送風機構和擺動裝置；所述送風機構設置在所述外殼支撐結構的上部，其中所述送風機構由風扇固定套、第二電機、扇葉構成，其中所述扇葉固定在風扇固定套上；所述擺動裝置設置在送風機構的正下方；其中擺動裝置包括圓柱體、第一電機、抱箍以及擺杆組件；第一電機設置在圓柱體中，並與圓柱體同軸；所述抱箍一端與電機可旋轉式連接，並且另一端與擺杆組件連接。
[0006]其中在所述馬格努斯效應演示裝置的外殼支撐結構中的上部後壁上設置有等離子電視以及顯示器面板。
[0007]其中在所述馬格努斯效應演示裝置的正面還設置有透明板。
[0008]其中在所述外殼支撐結構的上部設置了上網罩、整流板、圍板以及下網罩；其中上網罩通過圍板與下網罩結合，而構成橢圓形空心結構；所述空心結構被設置在外殼支撐結構的上部，所述空心結構的開口面與所述馬格努斯效應演示裝置的正面平行，所述整流板垂直於橢圓形空心結構的開口面，並水平設置在所述橢圓形空心結構的中部。
[0009]其中所述送風機構被設置在上網罩上，同時將所述擺動裝置設置在下網罩上。
[0010]其中所述外殼支撐結構由鋼架、刨板、頂板構成。
[0011]其中所述送風機構由風扇固定套、第二電機、扇葉構成,其中所述扇葉固定在所述風扇固定套上，並由所述第二電機進行驅動，從而進行送風。
[0012]其中所述擺動裝置由設置在外殼支撐結構中間的擋板來支撐。
[0013]通過本實用新型的馬格努斯效應演示裝置實現了以下有益效果:使公眾了解流體力學的科學知識，結合生活中的實例，理解為什麼球在運動過程中會發生偏轉等生活現象，激發公眾熱愛科學、探索科學。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1示出旋轉物體在氣流中的馬格努斯效應；
[0015]圖2示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的正面透視圖；
[0016]圖3示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的側面透視圖；
[0017]圖4示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的主視圖；
[0018]圖5示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的擺動裝置的結構示意圖；
[0019]圖6示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的控制原理方框圖。
[0020]附圖標記列表
[0021]1、鋼架；2、刨板；3、頂板；4、顯示器面板；5、面板；6、透明板壓板；7、透明板；8、風扇固定套；9、第二電機；10、扇葉；11、等離子電視；12、擺動裝置；13、油槽；14、上網罩；15、整流板；16、圍板；17、下網罩；18、擋板；21、裝飾蓋；22、圓柱體；23、第一電機；24、抱箍；25、擺杆組件；26、前裝飾蓋；27、後裝飾蓋；28、第一絕緣墊；29、第二絕緣墊；30、固定板；31、彈片；32、固定座；33、支座；34、配重；35、擋板
[0022]如圖所示，為了能明確實現本實用新型的實施例的結構，在圖中標註了特定的結構和器件，但這僅為示意需要，並非意圖將本實用新型限定在該特定結構、器件和環境中，根據具體需要，本領域的普通技術人員可以將這些器件和環境進行調整或者修改，所進行的調整或者修改仍然包括在後附的權利要求的範圍中。
【具體實施方式】
[0023]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型提供的一種馬格努斯效應演示裝置進行詳細描述。同時在這裡做以說明的是，為了使實施例更加詳盡，下面的實施例為最佳、優選實施例，對於一些公知技術本領域技術人員也可採用其他替代方式而進行實施；而且附圖部分僅是為了更具體的描述實施例，而並不旨在對本實用新型進行具體的限定。同時需要說明的是，為了不模糊本實用新型的發明點，本實用新型對於一些公知技術，如簡單的控制原理、機械連接以及電路連接這裡將不再贅述。
[0024]圖2-4分別示出了本實用新型的馬格努斯效應演示裝置的正面透視圖、側面透視圖以及主視圖。如圖所示，馬格努斯效應演示裝置由鋼架1、刨板2、頂板3構成外殼支撐結構，在該外殼支撐結構中分別設置了送風機構和擺動裝置12。送風機構設置在外殼支撐結構的上部，並主要由風扇固定套8、第二電機9、扇葉10構成，其中扇葉固定在風扇固定套8上，並由第二電機9進行驅動。
[0025]如圖3所示，擺動裝置12設置在送風機構的正下方。在本實施例中擺動裝置12優選由設置在外殼支撐結構中間的擋板18來支撐。在下文，將參照圖5來詳細描述擺動裝置12的組成。
[0026]在本實施例中，優選地，為了有利於參與者理解馬格努斯效應展示的科學原理，在馬格努斯效應演示裝置的外殼支撐結構中的上部後壁上設置有等離子電視11以及顯示器面板4。該等離子電機可配合演示者，並通過光碟等存儲設備經由顯示器面板4演示如圖1所示的馬格努斯效應，或通過聲像演示來展示馬格努斯效應的科學原理。
[0027]在本實用新型的優選實施例中，為了參與者能夠一方面清楚的觀察到馬格努斯效應演示裝置中的馬格努斯效應，而另一方面，為了避免外部環境對送風機構和擺動裝置的影響，在馬格努斯效應演示裝置的正面還設置有透明板7，從而有效避免了外界氣流對擺動裝置的影響。
[0028]此外，在本實用新型的優選實施例中，為了進一步確保馬格努斯效應演示裝置的精準演示，還在馬格努斯效應演示裝置的外殼支撐結構的上部如圖4所示，設置了上網罩14、整流板15、圍板16以及下網罩17。其中上網罩通過圍板與下網罩結合，而構成橢圓形空心結構。該空心結構被設置在外殼支撐結構的上部，空心結構的開口面與馬格努斯效應演示裝置的正面相平行。整流板垂直於橢圓形空心結構的開口面，並設置在該橢圓形空心結構的中部，從而用於對送風機構的送風進行整流。在外殼支撐結構設置了上述部件後，送風機構被設置在上網罩上，同時將擺動裝置設置在下網罩上。送風機構在送風時，由整流板對送風進行整流後，而均勻地吹在擺動裝置12的圓柱體上。
[0029]圖5示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的擺動裝置的結構示意圖。擺動裝置主要包括圓柱體22、第一電機23、抱箍24、擺杆組件25。其中，第一電機設置在圓柱體中，並與圓柱體同軸，從而能夠驅動圓柱體旋轉。抱箍一側與電機可旋轉式連接，另一端與擺杆組件連接。在演示者啟動第一電機後，第一電機驅動圓柱體旋轉。在送風機構啟動送風後，由於馬格努斯效應，圓柱體22會通過抱箍帶動擺杆組件發生搖擺，從而使參與者能夠清楚地觀察到馬格努斯效應。
[0030]在本發明的優選實施例中，為了進一步清楚地顯示馬格努斯效應，如圖5所示，擺動裝置還優選包括基座結構，擺杆組件25被裝設在基座結構上。
[0031]該基座結構包括前裝飾蓋26、後裝飾蓋27、第一絕緣墊28、第二絕緣墊29、固定板30、彈片31、固定座32、支座33、配重34、擋板35。其中前裝飾蓋26通過底部的孔與中間的轉筒固定，後裝飾蓋27過頂部的孔與中間的轉筒固定。第一絕緣墊28通過螺釘與上擺杆上的固定板連接，第一絕緣墊28的作用為電機一根電源線通過此上面的金屬部分傳遞到下面。第二絕緣墊29通過螺釘與上擺杆上的固定板連接，其作用:電機一根電源線通過此上面的金屬部分傳遞到下面。固定板30通過上面的絕緣墊一起組合，固定板的作用為傳遞電機一根線的送電任務。彈片31通過其上的2個孔與下固定板連接，該彈片的作用為將上面電機的一根線電源引入到下面控制箱內(因為上面擺杆要擺動，擺杆上有旋轉的電機，整個擺杆擺動要求很靈活，阻力要小，同時電機線可能在擺杆擺動時影響擺杆的靈活度，所以將電機線通過2個電機引入到下面的控制系統內一擺杆自身是金屬的，可以承擔電機的另外一根線的送電任務。
[0032]此外，固定座32的一端焊接與下支撐座，另一端2個M3螺紋孔固定彈片31，其作用為傳遞電機一根線的送電任務(即:彈片31部位傳遞過來的)。支撐座33下部與展品固定，其作用:上部通過上面的2個凹槽支撐整個擺動的機構。配重34通過中間通孔穿入下擺杆中，並通過M6止緊螺絲固定在下擺杆上，該配重可在下擺杆上上下移動達到與上擺杆上的電機整體重量平衡。前裝飾擋板35通過上面的2個螺絲孔與上面的擺杆連接，該擋板35的作用為擺杆左右擺動時的限位。
[0033]圖6示出本實用新型實施例的馬格努斯效應演示裝置的控制原理方框圖。由圖6可以看出，馬格努斯效應演示裝置的控制操作部分由兩個按鈕和一個旋鈕組成。這兩個按鈕和一個旋鈕可設置在如前所述的馬格努斯效應演示裝置的外殼部分。兩個按鈕分別用來控制送風機構的風機送風的大小，一個按鈕是增加風速，另一個按鈕是減小風速。旋鈕用來控制擺動裝置12的圓柱體旋轉的方向和旋轉速度。向不同方向旋動旋鈕，則圓柱體會相應的順時針或逆時針方向旋轉。旋鈕旋動偏移量越大，則圓柱體的旋轉速度越快。
[0034]由於電器控制部分主要分為對擺動裝置的電機控制和對送風結構的電機控制，而這些控制均是控制、電氣領域中公知的控制技術，因此這裡不再詳述。
[0035]在科研人員或教學人員使用本實用新型的馬格努斯效應演示裝置進行演示時，演示者通過擺動裝置12的控制旋鈕來控制擺動裝置12中的圓柱體22的旋轉方向和旋轉速度，這時圓柱體22在第一電機23的帶動下在原位進行旋轉運動。當演示者按下風機啟動按鈕時，啟動風扇的第二電機9，帶動扇葉10工作，風從扇葉10通過整流板15由上向下豎直吹出，這時旋轉的圓柱體22由於旋轉的方向不同，在風力的作用下，與擺動裝置12—起向左，或向右傾斜，傾斜的角度與圓柱體22旋轉的速度和風速有關，即旋轉的速度越快，風速越快，傾斜的角度也就越大。反之，傾斜的角度越小，當圓柱體的旋轉結束後，由於配重34的存在，圓柱體會自然回到初始的中間位置。
[0036]以上所述僅是本實用新型的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種馬格努斯效應演示裝置，包括外殼支撐結構，其特徵在於: 在所述外殼支撐結構中分別設置有送風機構和擺動裝置； 所述送風機構設置在所述外殼支撐結構的上部，其中所述送風機構由風扇固定套、第二電機、扇葉構成，其中所述扇葉固定在風扇固定套上； 所述擺動裝置設置在送風機構的正下方；其中擺動裝置包括圓柱體、第一電機、抱箍以及擺杆組件；其中，第一電機設置在圓柱體中，並與圓柱體同軸；所述抱箍一端與電機可旋轉式連接，並且另一端與擺杆組件連接。
2.根據權利要求1所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，在所述馬格努斯效應演示裝置的外殼支撐結構中的上部後壁上設置有等離子電視以及顯示器面板。
3.根據權利要求1所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，在所述馬格努斯效應演示裝置的正面還設置有透明板。
4.根據權利要求1所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，在所述外殼支撐結構的上部設置了上網罩、整流板、圍板以及下網罩； 其中上網罩通過圍板與下網罩結合，而構成橢圓形空心結構； 所述空心結構被設置在外殼支撐結構的上部，所述空心結構的開口面與所述馬格努斯效應演示裝置的正面平行，所述整流板垂直於橢圓形空心結構的開口面，並水平設置在所述橢圓形空心結構的中部。
5.根據權利要求4所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，所述送風機構被設置在上網罩上，同時將所述擺動裝置設置在下網罩上。
6.根據權利要求1所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，所述外殼支撐結構由鋼架、刨板、頂板構成。
7.根據權利要求1所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，所述送風機構由風扇固定套、第二電機、扇葉構成，其中所述扇葉固定在所述風扇固定套上。
8.根據權利要求1所述的馬格努斯效應演示裝置，其特徵在於，所述擺動裝置由設置在外殼支撐結構中間的擋板來支撐。
【文檔編號】G09B23/12GK204166762SQ201420539631
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月18日 優先權日:2014年9月18日
【發明者】馬超, 洪唯佳 申請人:中國科學技術館