技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于用于豎直面動(dòng)力學(xué)研究的裝置領(lǐng)域，尤其是研究圓周運(yùn)動(dòng)所涉及到的動(dòng)力學(xué)裝置。

背景技術(shù)：

一個(gè)細(xì)線拴著一個(gè)重物在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng)，重物在最低點(diǎn)時(shí)拉力大于重力，且最低點(diǎn)拉力最大-這都是容易被理論證明的，要想用實(shí)驗(yàn)表現(xiàn)這個(gè)現(xiàn)象，現(xiàn)有技術(shù)公開了一種研究圓周運(yùn)動(dòng)的裝置：豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底座，豎直面板由鐵板制成，還包括一個(gè)由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端吸附于豎直面板，磁柱另一端栓接一根細(xì)線，細(xì)線的上端栓接于磁柱，細(xì)線的下端懸掛一個(gè)重物。該裝置的使用方法：第一步，將重物升起一定高度，且：1，使細(xì)線處于直線狀態(tài)；2，細(xì)線偏離豎直位置。第二步，釋放重物，重物開始做形狀為圓弧的運(yùn)動(dòng)，即：圓周運(yùn)動(dòng)的一部分。選擇合適的釋放位置，可以達(dá)到這樣的效果：在此位置釋放重物，恰好可以把磁柱拉倒。理論分析如下：用T表示重物受到的拉力，用G表示重物受到的重力，用m表示重物的質(zhì)量，用v表示重物經(jīng)過最低點(diǎn)的速度，用r表示重物圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，推導(dǎo)得到，于是，得到最低點(diǎn)速度v越大，拉力T越大的結(jié)論。用該實(shí)驗(yàn)輔助講解：磁柱被拉倒，說明拉力T比重力大。實(shí)驗(yàn)操作者錄制了該實(shí)驗(yàn)的視頻，在逐幀播放視頻時(shí)，發(fā)現(xiàn)：磁柱并沒用在重物處于最低點(diǎn)倒下，而是明顯經(jīng)過了最低點(diǎn)以后，磁柱才倒。實(shí)驗(yàn)操作者重復(fù)實(shí)驗(yàn)多次，每次都錄制視頻并逐幀播放，均發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。這個(gè)現(xiàn)象和理論不符。這個(gè)現(xiàn)象之前沒有被人發(fā)現(xiàn)過：要慢速播放才可以觀察到這個(gè)現(xiàn)象。從重物經(jīng)過最低點(diǎn)到磁柱倒掉，大約歷時(shí)0.2秒。0.2秒的時(shí)間，大約是該裝置所懸掛重物單擺周期的8分之1，這0.2秒內(nèi)，重物經(jīng)過的路程大約是振幅的三分之二，細(xì)線和豎直方向的夾角大約是40度。所以，通常從時(shí)間上觀察不出該現(xiàn)象，慢速播放的時(shí)候，可以從重物偏離平衡位置的距離上觀察到該現(xiàn)象。

嚴(yán)格的來說，該實(shí)驗(yàn)和理論不符，該實(shí)驗(yàn)裝置不宜用于圓周運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)的教學(xué)。換句話說：要研發(fā)一個(gè)新的裝置，能演示最低點(diǎn)拉力大于重力的實(shí)驗(yàn)，并且克服上述缺陷。

既然要研發(fā)新的裝置，就要知道現(xiàn)有裝置的問題出在哪里。有兩種說法：1，細(xì)線的形變需要時(shí)間，這個(gè)時(shí)間大約是0.2s，等細(xì)線完成了形變，磁柱才受到更大的拉力而被拉倒。2，磁柱在重物經(jīng)過最低點(diǎn)就已經(jīng)開始傾倒了，但是，磁柱的長(zhǎng)度不夠長(zhǎng)，0.2秒以后，才明顯看出來磁柱倒掉。這兩種說法聽上去都有道理，如果要用理論知識(shí)判定哪種說法正確，這是非常復(fù)雜的理論問題。

關(guān)于此現(xiàn)象，還有其他解釋，那些解釋可以通過理論分析直接排除，所以，在本說明書中就不表述了。

本發(fā)明提出一種裝置，該裝置可以：1，驗(yàn)證上述兩種說法哪種正確。2，克服現(xiàn)有裝置的不足之處，并且達(dá)到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論相符的有益效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)不足所采用的技術(shù)方案是：

用于豎直面動(dòng)力學(xué)研究的裝置，包括豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底座，其特征是：豎直面板由耐火材料制成，豎直面板固定連接一個(gè)用于吸附永磁體的吸附板，吸附板用于吸附永磁體的那個(gè)面為豎直平面，

還包括一個(gè)由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端吸附于吸附板，磁柱另一端栓接一根細(xì)線，

細(xì)線的上端栓接于磁柱，細(xì)線的下端懸掛一個(gè)重物，細(xì)線由易于燒斷的材料制成，

豎直面板設(shè)有一個(gè)貫穿豎直面板正、反面的孔，孔內(nèi)設(shè)有用于噴火以便在細(xì)線偏離平衡位置之后盡早燒斷細(xì)線的第一噴嘴，且第一噴嘴的噴火方向?yàn)椋杭却怪庇谪Q直面板，又垂直于細(xì)線。

孔的位置可以在：重物的斜上方，且：靠近、但不重合于細(xì)線所在的豎直線。

孔的形狀可以為：圓弧形。

還可以包括：以經(jīng)過細(xì)線的豎直平面為對(duì)稱面、與第一噴嘴對(duì)稱設(shè)置的第二噴嘴，且第二噴嘴的噴火方向?yàn)椋杭却怪庇谪Q直面板，又垂直于細(xì)線。

細(xì)線可以為棉線。

吸附板可以由鐵制成。

磁柱形狀可以為圓柱體。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，用本發(fā)明做相關(guān)實(shí)驗(yàn)，可以讓實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論分析完美相符。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖。

圖2是現(xiàn)有技術(shù)的測(cè)試圖。

圖3是本發(fā)明實(shí)施例一的正視圖。

圖4是本發(fā)明實(shí)施例一的測(cè)試圖。

圖5是本發(fā)明實(shí)施例一的測(cè)試圖。

圖6是本發(fā)明實(shí)施例一的局部放大圖。

圖7是本發(fā)明實(shí)施例二的局部放大圖。

圖8是本發(fā)明實(shí)施例三的正視圖。

圖中：1-豎直面板，2-底座，3-磁柱，4-細(xì)線，5-重物，6-吸附板，7-孔，8-第一噴嘴，9-第二噴嘴。

具體實(shí)施方式

附圖1、2分別是現(xiàn)有技術(shù)的正視圖和側(cè)視圖。

實(shí)施例一

參見附圖3，是本發(fā)明的正視圖，附圖4是本發(fā)明的側(cè)視圖。圖5是本發(fā)明的側(cè)視圖，在圖5中，用虛線包圍了一個(gè)范圍，這些范圍在圖6中被放大顯示，或者說，圖6是圖5的局部放大圖。這些附圖表達(dá)：

用于豎直面動(dòng)力學(xué)研究的裝置，包括豎直面板1，位于豎直面板1下端用于支撐豎直面板1的底座2，其特征是：豎直面板1由耐火材料制成，豎直面板1固定連接一個(gè)用于吸附永磁體的吸附板6，吸附板6用于吸附永磁體的那個(gè)面為豎直平面，

還包括一個(gè)由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱3，磁柱3一端吸附于吸附板6，磁柱3另一端栓接一根細(xì)線4，

細(xì)線4的上端栓接于磁柱3，細(xì)線4的下端懸掛一個(gè)重物5，細(xì)線4由易于燒斷的材料制成，

豎直面板1設(shè)有一個(gè)貫穿豎直面板1正、反面的孔7，孔7內(nèi)設(shè)有用于噴火以便在細(xì)線4偏離平衡位置之后盡早燒斷細(xì)線4的第一噴嘴8，且第一噴嘴8的噴火方向?yàn)椋杭却怪庇谪Q直面板1，又垂直于細(xì)線4?？?的位置在：重物5的斜上方，且：靠近、但不重合于細(xì)線4所在的豎直線。

解釋：噴嘴：本發(fā)明所述的第一噴嘴8、第二噴嘴9均指噴火的噴嘴，噴火的噴嘴屬于現(xiàn)有技術(shù)，比如以下網(wǎng)頁(yè)介紹的噴嘴：

http://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.18.RhvunH&id＝40119733829&ad_id＝&am_id＝&cm_id＝140105335569ed55e27b&pm_id＝&abbucket＝5

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.279.RhvunH&id＝16026116927&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.212.RhvunH&id＝39322048663&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.145.RhvunH&id＝38722875361&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.34.SX1kPc&id＝18445364256&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.59.SX1kPc&id＝13974025302&abbucket＝5

因?yàn)樯鲜鼍W(wǎng)頁(yè)由www.taobao.com的商家編輯，所以，無法確保上述網(wǎng)頁(yè)總顯示為噴嘴，或許哪天商家就會(huì)編輯該網(wǎng)頁(yè)為其他商品。

如何讓噴嘴噴火，屬于現(xiàn)有技術(shù)，比如氧氣乙炔燃燒噴火，比如便攜式的丙烷噴火裝置，這都是現(xiàn)有技術(shù)。噴嘴噴出的火焰可以有附屬裝置調(diào)節(jié)火焰的尺寸，使火焰非常細(xì)，這也是現(xiàn)有技術(shù)。

使用方法：把磁柱3吸附于吸附板6，吸附板6可以由鐵制成，先不噴火，讓重物5偏離平衡位置，并且確保細(xì)線4的形狀為直線，并且確保細(xì)線4平行于豎直面板1，然后釋放重物5，多次實(shí)驗(yàn)，找到這個(gè)位置：在該位置釋放重物5時(shí)，重物5在圓弧運(yùn)動(dòng)時(shí)恰好可以拉倒磁柱3。標(biāo)記該位置。為了表述的方便，該位置記為A位置。

用手捏著重物5，使重物5位于A位置，然后，讓噴嘴噴火，調(diào)節(jié)火焰的尺寸，使火焰火力集中，火苗細(xì)細(xì)的。

釋放重物5，使細(xì)線4剛經(jīng)過豎直方向后，就立即被火苗切斷。

以上演示過程全稱錄像，然后慢速播放，可以看到：細(xì)線4剛經(jīng)過豎直方向，細(xì)線4就被燒斷，與此同時(shí)，細(xì)線4產(chǎn)生的拉力消失，磁柱3仍然保持水平方向吸附在吸附板6，經(jīng)過大約0.2秒的時(shí)間，明顯觀察到磁柱3傾倒。

由此說明：1，用現(xiàn)有技術(shù)來做該實(shí)驗(yàn)沒有看到重物5在最低點(diǎn)時(shí)拉倒磁柱3，不是因?yàn)榧?xì)線4的形變需要相應(yīng)時(shí)間的原因，而是因?yàn)榇胖?的傾倒是一個(gè)由慢到快的過程，傾倒的初始階段，即使慢鏡頭播放視頻，也很難發(fā)現(xiàn)磁柱3明顯傾倒。用本發(fā)明所述的裝置，可以證明：重物5在最低點(diǎn)時(shí)，拉力的確有最大值，并且拉力大于重物5的重力。

孔7的位置在：重物5的斜上方，且：靠近、但不重合于細(xì)線4所在的豎直線。靠近這個(gè)詞，通常是不清楚的表述，但是，通過上述介紹，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：靠近是指：細(xì)線4經(jīng)過豎直位置后，盡早燒斷細(xì)線4的位置。為什么不能太遲燒斷細(xì)線4呢？因?yàn)樘t燒斷細(xì)線4，在視頻慢速播放時(shí)，仍然看到重物5明顯經(jīng)過了最低點(diǎn)，磁柱3仍然沒有倒掉。因?yàn)閲娮靽娚涞幕鹧嬗幸欢ǖ膶挾?，所以，火焰不可以在?xì)線4位于豎直方向時(shí)就燒斷細(xì)線4。要達(dá)到這樣的效果：1，細(xì)線4在經(jīng)過豎直位置的瞬間，火焰燒不斷細(xì)線4，2，細(xì)線4經(jīng)過豎直位置后，就盡早燒斷細(xì)線4。這樣解釋后，相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員就可以理解“靠近”二字的含義了，“靠近”這樣的表述就變的清楚了。如果還覺的靠近二字不清楚，可以表述為：孔7的位置在：重物5平衡位置的上方，豎直方向距離重物5上端1-3cm，且：水平方向距離細(xì)線4所在豎直直線1-4cm。

為什么不用刀切斷細(xì)線4呢？刀固然可以切斷細(xì)線4，但是，刀同時(shí)也改變了重物5圓周運(yùn)動(dòng)的半徑，于是造成拉力增大，磁柱3這種情況下倒掉，無法說清楚是半徑減小造成的還是磁柱3傾倒較慢造成的結(jié)果。

相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，要讓火焰接觸細(xì)線4，而不是噴嘴本身接觸細(xì)線4。

因?yàn)閲娮鞙囟群芨撸裕Q直面板1由耐火材料制成。比如建筑裝置用的瓷磚。耐火材料往往不被永磁體吸引，所以，豎直面板1固定連接一個(gè)用于吸附永磁體的吸附板6。為了確保磁柱3水平，可以讓吸附板6用于吸附永磁體的那個(gè)面為豎直平面。磁柱3形狀可以為圓柱體。

第一噴嘴8的噴火方向?yàn)椋杭却怪庇谪Q直面板1，又垂直于細(xì)線4。噴嘴噴出的火焰，對(duì)細(xì)線4有一定力的作用，所以，垂直于細(xì)線4燒斷細(xì)線4是減小誤差的做法。

第一噴嘴8如何安裝與孔7內(nèi)，是現(xiàn)有技術(shù)，可以固定設(shè)置，也可以可拆卸方式連接，也可以用手持焊炬，僅僅讓噴嘴伸入孔7內(nèi)。

用火焰燒斷細(xì)線4，如果僅僅看這個(gè)方法，完全沒有創(chuàng)造性。但是，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題不是如何切斷細(xì)線4，而是：1，驗(yàn)證兩種說法哪種正確。2，給出一個(gè)實(shí)驗(yàn)和理論相符的技術(shù)方案。發(fā)現(xiàn)一個(gè)從來沒有被發(fā)現(xiàn)過的問題，這本身就是有創(chuàng)造性的。

用噴嘴噴火燒斷細(xì)線4，可以用極短的時(shí)間燒斷細(xì)線4。細(xì)線4最好用棉線，棉線遇到噴嘴發(fā)出的火焰幾乎是瞬時(shí)就燒斷了。

既然本發(fā)明說能噴火的噴嘴，那么相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，本發(fā)明使用的時(shí)候要配套有燃?xì)馓峁┭b置、燃?xì)廨斔凸艿?、燃?xì)饬炕蛘哐鯕饬空{(diào)節(jié)裝置等配套設(shè)備，這都是現(xiàn)有技術(shù)。

實(shí)施例二

參見附圖7，是本發(fā)明由附圖6優(yōu)化的技術(shù)方案。還包括：以經(jīng)過細(xì)線4的豎直平面為對(duì)稱面、與第一噴嘴8對(duì)稱設(shè)置的第二噴嘴9，且第二噴嘴9的噴火方向?yàn)椋杭却怪庇谪Q直面板1，又垂直于細(xì)線4。

只用一個(gè)噴嘴燒斷細(xì)線4，有一個(gè)不足：噴出的火焰會(huì)讓細(xì)線4受到一個(gè)很小的沖量，這個(gè)沖量的方向垂直于豎直面板1且遠(yuǎn)離豎直面板1，即使這樣，還是讓一部分觀察者(學(xué)生)提出疑問，他們認(rèn)為，是火焰對(duì)細(xì)線4施加的沖量影響了細(xì)線4的受力，然后，細(xì)線4拉倒了磁柱3。這樣的說法是有一定道理的：因?yàn)榛鹧娲_實(shí)給細(xì)線4施加了一個(gè)沖量，盡管這個(gè)沖量非常非常小。為了克服這一點(diǎn)點(diǎn)的沖量，可以設(shè)置另一個(gè)噴嘴，也就是第二噴嘴9，第二噴嘴9發(fā)出的火焰和第一噴嘴8發(fā)出的火焰相交，在交點(diǎn)處，就是細(xì)線4經(jīng)過的位置，這樣，細(xì)線4在垂直于細(xì)線4方向、沿著細(xì)線4方向都不受到火焰施加的沖量。當(dāng)然，兩個(gè)火焰相向噴火時(shí)要盡可能縮短噴火時(shí)間，以免設(shè)備受到損害。

如何固定第二噴嘴9，屬于現(xiàn)有技術(shù)，可以用支架，也可以用手持焊炬---當(dāng)然，手要拿穩(wěn)當(dāng)才可以。

實(shí)施例三

參見附圖8，孔7的形狀為：圓弧形，而且，圓弧形狀的孔7，位于重物5的上方。這樣的設(shè)計(jì)有一個(gè)好處就是可以調(diào)整噴火點(diǎn)的位置。且該圓弧形的圓心位于磁柱3和吸附板6的連接處，該圓弧形的半徑略小于繩長(zhǎng)。略小于-這三個(gè)字通常是不清楚的，但是，本申請(qǐng)中，略小于的意思是說：細(xì)線4被燒斷的位置優(yōu)選靠近重物5的位置。細(xì)線轉(zhuǎn)過相同的角度，距離圓心越遠(yuǎn)，走過的弧長(zhǎng)就越長(zhǎng)，如果距離圓心很近的位置燒斷細(xì)線，可能造成細(xì)線偏轉(zhuǎn)角度過大。這個(gè)理解請(qǐng)參見本說明書關(guān)于“靠近”這個(gè)詞的解釋。

以上各個(gè)實(shí)施例可以合理組合使用。

相關(guān)領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)知曉，細(xì)線4被燒斷的位置優(yōu)選靠近重物5的位置。

棉線指用棉花做成的細(xì)線，棉線很容易被燒斷。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，利于探究動(dòng)力學(xué)的一些問題，作為輔助性實(shí)驗(yàn)裝置，可以做到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和理論相符。