一種科裡奧利力演示儀的製作方法

2023-05-14 20:52:26

專利名稱：一種科裡奧利力演示儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種物理教學儀器，尤其涉及一種用於演示科裡奧利力的演示儀。
背景技術：
科裡奧利力(Coriolis force)也稱作哥裡奧利力，簡稱為科氏力，是對旋轉體系中進行直線運動的質點由於慣性相對於旋轉體系產生的直線運動的偏移的一種描述。科裡奧利力來自於物體運動所具有的慣性。1835年，法國氣象學家科裡奧利提出，為了描述旋轉體系的運動，需要在運動方程中引入一個假想的力，這就是科裡奧利力。引入科裡奧利力之後，人們可以像處理慣性系中的運動方程一樣簡單地處理旋轉體系中的運動方程，大大簡化了旋轉系統的處理方式。 例如，地球由於自轉而有一定的角速度，所以當沿地球表面運動時，就有科裡奧利力出現。如果一列火車在北半球沿經線向北而行，科氏力方向為向東。在此情形下，列車施於東側軌道上的壓力較其施於西側軌道上的壓力大。而在南半球上，當列車向沿經線南運動時，科氏力的方向也向東。再有信風與季風以及熱帶氣旋均是因為科氏力的存在而形成的。科裡奧利力來自於物體運動所具有的慣性，在旋轉體系中進行直線運動的質點，由於慣性的作用，有沿著原有運動方向繼續運動的趨勢，但是由於體系本身是旋轉的，在經歷了一段時間的運動之後，體系中質點的位置會有所變化，而它原有的運動趨勢的方向，如果以旋轉體系的視角去觀察，就會發生一定程度的偏離。在物理教學中，一般是以質點運動來說明科氏力。當一個質點相對於慣性系做直線運動時，相對於旋轉體系，其軌跡是一條曲線。立足於旋轉體系，應該有一個力驅使質點運動軌跡形成曲線，這個力就是科裡奧利力。但是科氏力如何使質點運動軌跡形成曲線，學生總感到抽象，難以理解接受，若能通過實驗演示該現象，則大有說服力，而現有的儀器均是科研領域使用的大型非常昂貴的設備，無法在教學過程中使用。只能通過理論性的分析來告知學生。
發明內容本實用新型的目的是提供一種科裡奧利力演示儀，輕巧易攜帶，操作方便，可以演示科裡奧利力的存在，保證教學的效果。本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的一種科裡奧利力演示儀，用於描繪作為物體的移動塊4在旋轉體系中的運動軌跡曲線；包括底板I、旋轉輪2、中心彈出裝置3、具有磁性的移動塊4與驅動機構；旋轉輪2的軸設於底板I上，驅動機構驅動旋轉輪2轉動；旋轉輪2為非鐵磁性材料，其上表面為磁性畫寫板5 ；中心彈出裝置3固定於磁性畫寫板5上，中心彈出裝置3彈射出口設於磁性畫寫板5的中心，彈射方向為徑向遠離磁性畫寫板5的中心；移動塊4安裝於中心彈出裝置3中。所述的科裡奧利力演示儀，還包括邊緣彈出裝置6，邊緣彈出裝置6彈射出口設於磁性畫寫板5的邊緣，彈射方向為徑向指向磁性畫寫板5的中心。所述的中心彈出裝置3與邊緣彈出裝置6包括套筒12、彈簧13與卡片11，所述的彈簧13設於套筒12內，彈簧13外端頂住移動塊4內側，卡片11設於套筒12的側面開口 14處，卡住移動塊4外側。所述的具有磁性的移動塊4包括嵌於橡膠塊中的磁性筆尖7。所述驅動機構包括驅動輪8與傳送帶9 ;驅動輪8與旋轉輪2為皮帶輪；驅動輪9通過傳送帶9驅動旋轉輪2轉動。所述的驅動輪7軸處設有手柄10，旋轉手柄10帶動驅動輪7旋轉。所述的驅動輪7軸處設有電機，電機帶動驅動輪7旋轉。所述的驅動輪7為非鐵磁性材料。所述的底板I為非鐵磁性材料。由上述本實用新型提供的技術方案可以看出，本實用新型實施例提供的一種科裡奧利力演示儀，輕巧易攜帶，操作方便，可以演示科裡奧利力的存在，保證教學的效果。

為了更清楚地說明本實用新型實施例的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域的普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他附圖。圖I為本實用新型實施例提供的科裡奧利力演示儀結構示意圖；圖2為本實用新型實施例提供的中心彈出裝置與邊緣彈出裝置的結構示意圖。
具體實施方式
下面結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型的保護範圍。下面將結合附圖對本實用新型實施例作進一步地詳細描述。如圖I所示，一種科裡奧利力演示儀，用於描繪作為物體的移動塊4在旋轉體系中的運動軌跡曲線，進而演示科裡奧利力的存在；包括底板I、旋轉輪2、中心彈出裝置3、具有磁性的移動塊4與驅動機構；旋轉輪2的軸設於底板I上，驅動機構驅動旋轉輪2轉動；旋轉輪2為非鐵磁性材料，其上表面為磁性畫寫板5 ;旋轉輪2可以採用木材或塑料，在其上面粘貼一層磁性畫寫板5。中心彈出裝置3固定於磁性畫寫板5上，中心彈出裝置3彈射出口設於磁性畫寫板5的中心，彈射方向為徑向遠離磁性畫寫板5的中心；移動塊4安裝於中心彈出裝置3中。所述的具有磁性的移動塊4包括嵌於橡膠塊中的磁性筆尖7。橡膠塊可以使用橡皮塊製作。具體是在在移動塊4的橡皮塊中心鑽一小孔，把磁性筆尖7嵌入。就可以在磁性畫寫板6上描繪移動塊4從圓心沿徑向運動至邊緣的運動軌跡曲線。另外，為了描述移動塊4從邊緣沿徑向運動至圓心的運動軌跡曲線，所述的科裡奧利力演示儀，還包括邊緣彈出裝置6，邊緣彈出裝置6彈射出口設於磁性畫寫板5的邊緣，彈射方向為徑向指向磁性畫寫板5的中心。所述的中心彈出裝置3與邊緣彈出裝置6，採用同樣的結構，如圖2所示，具體包括套筒12、彈簧13與卡片11，所述的彈簧13設於套筒12內，彈簧13外端頂住移動塊4內偵牝卡片11設於套筒12的側面開口 14處，卡住移動塊4外側。 所述驅動機構包括驅動輪8與傳送帶9 ;驅動輪8與旋轉輪2為皮帶輪；驅動輪8通過傳送帶9驅動旋轉輪2轉動。所述的驅動輪8軸處設有手柄10,旋轉手柄10帶動驅動 輪8旋轉。為了方便使用，所述的驅動輪8軸處可以不用手柄10，而使用電機，電機帶動驅動輪7旋轉。上述的驅動輪8與底板I為非鐵磁性材料，實際使用中可以選取木材。工作原理首先按圖I所示將科裡奧利力演示裝置各部分安裝好，搖轉轉動手柄10，使驅動輪8帶動旋轉輪2 (磁性畫寫板)隨之轉動，控制轉速由慢到快，在某一時刻按下中心彈出裝置3的彈出按鈕(卡片11)，移動塊4由裡向外以速度V水平彈出，在移動塊4在徑向運動的同時，磁性畫寫板以角速度《迴轉，模擬地球的轉動，使移動塊4在磁性畫寫板上運動軌跡產生偏折，這樣橡皮塊上嵌入的磁性筆尖7就在磁性畫寫板上自動「畫」出了移動塊4運動的軌跡，是一條曲線。移除這一移動塊4，搖轉轉動手柄10，使驅動輪8帶動旋轉輪2 (磁性畫寫板)隨之轉動，控制轉速由慢到快，再在某一時刻按下邊緣彈出裝置6的彈出按鈕(卡片11)，移動塊4由外向裡以速度-V水平彈出，在移動塊4在徑向運動的同時，磁性畫寫板以角速度Co迴轉，模擬地球的轉動，使移動塊4在磁性畫寫板上運動軌跡產生偏折，這樣橡皮塊上嵌入的磁性筆尖7就在磁性畫寫板上自動「畫」出了移動塊4運動的軌跡，是另一條曲線。兩次彈出分別模擬物體在地球上由北向南運動與由南向北運動，這就是由於科裡奧利力引起的橡皮塊運動偏折現象。以上所述，僅為本實用新型較佳的具體實施方式
，但本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求書的保護範圍為準。
權利要求1.一種科裡奧利力演示儀，用於描繪作為物體的移動塊(4)在旋轉體系中的運動軌跡曲線；其特徵在於，包括底板(I)、旋轉輪(2)、中心彈出裝置(3)、具有磁性的移動塊(4)與驅動機構； 旋轉輪(2)的軸設於底板(I)上,驅動機構驅動旋轉輪(2)轉動； 旋轉輪(2)為非鐵磁性材料，其上表面為磁性畫寫板(5)； 中心彈出裝置⑶固定於磁性畫寫板(5)上，中心彈出裝置(3)彈射出ロ設於磁性畫寫板(5)的中心，彈射方向為徑向遠離磁性畫寫板(5)的中心； 移動塊(4)安裝於中心彈出裝置(3)中。
2.根據權利要求I所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，還包括邊緣彈出裝置(6)，邊緣彈出裝置(6)彈射出ロ設於磁性畫寫板(5)的邊緣，彈射方向為徑向指向磁性畫寫板(5)的中心。
3.根據權利要求I或2所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述的中心彈出裝置(3)與邊緣彈出裝置(6)包括套筒(12)、彈簧(13)與卡片(11)，所述的彈簧(13)設於套筒(12)內，彈簧(13)外端頂住移動塊(4)內側，卡片(11)設於套筒(12)的側面開ロ (14)處，卡住移動塊⑷外側。
4.根據權利要求I或2所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述的具有磁性的移動塊(4)包括嵌於橡膠塊中的磁性筆尖(7)。
5.根據權利要求I或2所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述驅動機構包括驅動輪(8)與傳送帶(9);驅動輪(8)與旋轉輪(2)為皮帶輪；驅動輪(9)通過傳送帶(9)驅動旋轉輪⑵轉動。
6.根據權利要求5所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述的驅動輪(7)軸處設有手柄(10)，旋轉手柄(10)帶動驅動輪(7)旋轉。
7.根據權利要求5所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述的驅動輪(7)軸處設有電機，電機帶動驅動輪(7)旋轉。
8.根據權利要求5所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述的驅動輪(7)為非鐵磁性材料。
9.根據權利要求I或2所述的科裡奧利力演示儀，其特徵在於，所述的底板⑴為非鐵磁性材料。
專利摘要本實用新型實施例提供的一種科裡奧利力演示儀，用於描繪作為物體的移動塊(4)在旋轉體系中的運動軌跡曲線；包括底板(1)、旋轉輪(2)、中心彈出裝置(3)、具有磁性的移動塊(4)與驅動機構；旋轉輪(2)的軸設於底板(1)上，驅動機構驅動旋轉輪(2)轉動；旋轉輪(2)為非鐵磁性材料，其上表面為磁性畫寫板(5)；中心彈出裝置(3)固定於磁性畫寫板(5)上，中心彈出裝置(3)彈射出口設於磁性畫寫板(5)的中心，彈射方向為徑向遠離磁性畫寫板(5)的中心；移動塊(4)安裝於中心彈出裝置(3)中。輕巧易攜帶，操作方便，可以演示科裡奧利力的存在，保證教學的效果。
文檔編號G09B23/08GK202534225SQ201220142678
公開日2012年11月14日 申請日期2012年4月6日 優先權日2012年4月6日
發明者周晨星, 張起祥 申請人:湖州師範學院