一種研究剛體平衡類型的趣味教具的製作方法

2023-05-20 14:16:01 2

一種研究剛體平衡類型的趣味教具的製作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種研究剛體平衡類型的趣味教具，屬於教學用具領域，包括平臺，平臺上設有人形軀幹，人形軀幹與平臺為兩點接觸，在人形軀幹的兩側設有螺栓連接的手臂，手臂與人體軀幹之間設有可調節的夾角，手臂端部連接有水平放置的平衡杆，在平衡杆的兩端分別通過配重杆連接有配重。本實用新型可以在課堂上演示剛體的二種平衡類型：穩定平衡和不穩定平衡，生動形象，趣味性強。本實用新型結構簡單，製作成本低，演示方便，演示可靠性強，外形美觀，採用該教具具有較高的性價比和實用性。
【專利說明】一種研究剛體平衡類型的趣味教具

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種力學教具，屬於教學用具領域，具體是一種研究物體平衡類型的趣味力學教具。

【背景技術】
[0002]教具作為教師輔助教學的工具，有著其它手段不可替代的作用，課堂教學中適時使用演示效果精彩而有趣的教具，能激發學生的學習興趣，調動學生的學習積極性，突出教學重點，突破教學難點，優化課堂結構，發展學生的創新思維能力，有效提高教學質量和效率。
[0003]目前，研究平衡問題的教具主要都是圍繞二力平衡而設計的，主要就是由細線、砝碼、滑輪等構成的簡單裝置，樣式簡單，枯燥無味；對於平衡類型分為三種，分別為穩定平衡、不穩定平衡、隨遇平衡，對用於研究平衡類型的教具的設計還存在空缺，經檢索未發現專門用於研究平衡類型的教具。
實用新型內容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是提供一種研究剛體平衡類型的趣味教具，該教具採用的生動有趣的設計使得學生更容易理解穩定平衡和不穩定平衡現象，並且此教具體積小、便於攜帶，可用於課堂展示，該教具結構簡單，製作成本低，演示方便，演示可靠性強，夕卜形美觀，具有較高的性價比和實用性。
[0005]為解決上述技術問題，本實用新型所採取的技術方案是:一種研究剛體平衡類型的趣味教具，其特徵在於包括平臺，所述的平臺上設有人形軀幹，人形軀幹與平臺為兩點接觸，在人形軀幹的兩側設有螺栓連接的手臂，手臂與人體軀幹之間設有可調節的夾角，所述的手臂端部連接有水平放置的平衡杆，在平衡杆的兩端分別通過配重杆連接有配重。
[0006]對上述結構作進一步限定，所述的人形軀幹的腿部為倒置四稜錐結構，其錐頂與平臺表面接觸。本實用新型中的人形軀幹採用下身重心偏離一體設計，從軀幹腰部到軀幹腳部採用錐度設計，兩腿為倒四稜錐形狀，腳部與平臺表面接觸面積小，腳部受力面積小，在調整人形軀幹平衡時，避免受到其他因素影響，模擬平衡更加與力學理論近似。
[0007]對上述結構作進一步限定，所述的平衡杆為矩形截面，平衡杆中部以榫接固接於手臂末端缺口處。本實用新型中的人形軀幹採用輕質材料，可採用木質結構，在手臂段處固定平衡杆時採用榫接，方便連接，更加形象地模擬手握姿勢，而且不需要增加其他配件。
[0008]對上述結構作進一步限定，所述的配重杆為螺紋杆，配重杆上端與平衡杆一端螺紋連接，配重杆下端與配重中間的螺紋孔連接，配重可以固定在配重杆的任意位置。本實用新型主要是在人形軀幹兩側增加配重，使之前後擺動，一段時間後人形軀幹回至原平衡位置，來演示平衡類型，因此通過長螺紋杆作為配重杆，配重在螺紋杆上螺旋上升和下降，調整重心高低位置，調整擺動幅度。
[0009]對上述結構作進一步限定，所述的人形軀幹和手臂為輕質、剛度大的材質，所述平衡杆和配重杆為剛度大的金屬材料，所述的配重為密度大的金屬材料。
[0010]採用上述技術方案所產生的有益效果在於:本實用新型利用形象生動的人形軀幹，配合可以調節角度的手臂作為平衡體，通過平衡體兩側的配重重心高度，實現對平衡體平衡性的控制，利用微小擾動來演示平衡現象，能夠生動形象的表現出平衡狀態，確定平衡類型，用於力學的教學中，將枯燥的力學問題變得生動有趣，體現趣味教具的特性。本實用新型結構簡單、外形美觀，製作成本低，演示方便、可靠性強，採用該教具具有較高的性價比和實用性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0012]圖1是本實用新型中手持重物的示意圖；
[0013]圖2是本實用新型中未手持重物的示意圖；
[0014]其中:1、人形軀幹，2、手臂，3、配重杆，4、配重，5、平臺，6、平衡杆。

【具體實施方式】
[0015]本實用新型具體涉及一種研究剛體平衡類型的趣味教具，該教具可以演示穩定平衡和不穩定平衡兩種平衡類型，教具的具體包括工字型平臺5、人形軀幹1、手臂2、配重杆3、配重4和平衡杆6，平臺5上表面為平面，在平臺5上設有可以搖擺的人形軀幹1，人形軀幹1與平臺5為兩點接觸，即人形軀幹1的兩個腳與平臺5上表面點接觸，可以把腳部設計為圓弧形狀，也可以設計為尖頭結構。為了方便調整平衡，使平臺5上的平衡部分重心位置在人形軀幹1兩腳之間，把人形軀幹1的腿部設計為倒置的四稜錐結構，其錐頂與平臺5表面接觸。
[0016]手臂2為兩個，分別設於人形軀幹1的兩側，通過螺栓與之連接，這樣可以實現手臂2與人體軀幹1之間角度的調節。在手臂2端部連接有水平放置的平衡杆6，平衡杆6為矩形截面，平衡杆6的中部通過手臂端部以榫接形式固接，該結構類似手抓平衡杆的形式，使該教具更加形象生動。在平衡杆6的兩端分別通過配重杆3連接有配重4，配重杆3為螺紋杆，配重杆3上端與平衡杆6 —端螺紋連接，配重杆3下端與配重4中間的螺紋孔連接，配重4可以固定在配重杆3的任意位置。在人形軀幹兩側增加配重，使之前後擺動，一段時間後人形軀幹回至原平衡位置，利用微小擾動來演示平衡現象，能夠生動形象的表現出平衡狀態，確定平衡類型，用於力學的教學中，將枯燥的力學問題變得生動有趣，體現趣味教具的特性。
[0017]另外，為了使該教具演示效果與力學中平衡現象更加接近，一般把人形軀幹1和手臂2通過輕質、剛度大的材質，平衡杆6和配重杆3為剛度大的金屬材料，配重4為密度大的金屬材料。本實用新型結構簡單、外形美觀，製作成本低，演示方便、可靠性強，採用該教具具有較高的性價比和實用性。
[0018]本教具用於演示兩種平衡類型的方案如下:
[0019]方案一:如圖1所示，手臂2與人型軀幹1通過螺栓連接，在配重杆3上增加配重4，並把配重4的位置調整在平臺5上表面以下，然後調整手臂2與人型軀幹1的角度，使平衡體穩定站立於平臺5上，在人形軀幹1的背部施加一微小擾動，發現整個平衡體在輕微晃動之後，在原來位置又保持平衡狀態。此時可以確認平衡體處於穩定平衡狀態。
[0020]方案二:如附圖2所示，在方案一的基礎上，去掉平衡杆6、配重杆3和配重4，手臂2與人型軀幹1通過螺栓連接，調整手臂2與人型軀幹1的角度，使平衡體穩定站立於平臺5上，對人形軀幹1背部施加一微小擾動，發現平衡體會倒下，不能保持平衡狀態。此時可以確認平衡體處於不穩定平衡狀態。
[0021]通過以上的兩個方案，可以很形象、生動的對兩種平衡類型進行演示，使得學生更容易理解穩定平衡和不穩定平衡現象，並且此教具體積小、便於攜帶，可用於課堂展示，該教具結構簡單，製作成本低，演示方便，演示可靠性強，外形美觀，具有較高的性價比和實用性。
【權利要求】
1.一種研究剛體平衡類型的趣味教具，其特徵在於包括平臺(5)，所述的平臺(5)上設有人形軀幹(I )，人形軀幹(I)與平臺(5)為兩點接觸，在人形軀幹(I)的兩側設有螺栓連接的手臂(2)，手臂(2)與人體軀幹(I)之間設有可調節的夾角，所述的手臂(2)端部連接有水平放置的平衡杆(6 )，在平衡杆(6 )的兩端分別通過配重杆(3 )連接有配重(4 )。
2.根據權利要求1所述的一種研究剛體平衡類型的趣味教具，其特徵在於所述的人形軀幹(I)的腿部為倒置四稜錐結構，其錐頂與平臺(5)表面接觸。
3.根據權利要求2所述的一種研究剛體平衡類型的趣味教具，其特徵在於所述的平衡杆(6)為矩形截面，平衡杆(6)中部以榫接固接於手臂(2)末端缺口處。
4.根據權利要求3所述的一種研究剛體平衡類型的趣味教具，其特徵在於所述的配重杆(3 )為螺紋杆，配重杆(3 )上端與平衡杆(6 ) 一端螺紋連接，配重杆(3 )下端與配重(4)中間的螺紋孔連接，配重(4)可以固定在配重杆(3)的任意位置。
5.根據權利要求4所述的一種研究剛體平衡類型的趣味教具，其特徵在於所述的人形軀幹(I)和手臂(2)為輕質、剛度大的材質，所述的平衡杆(6)和配重杆(3)為剛度大的金屬材料，所述的配重(4)為密度大的金屬材料。
【文檔編號】G09B23/10GK204143709SQ201420713886
【公開日】2015年2月4日 申請日期:2014年11月25日 優先權日:2014年11月25日
【發明者】楊文剛, 孫岑, 張晨浩, 傅家偉 申請人:華北電力大學（保定）