[发明专利]实现单摆运动的观测装置及单摆运动轨迹的记录方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种实现单摆运动的观测装置及单摆运动轨迹的记录方法。

背景技术

摆的发展和研究，同钟表计时器的发展有密切的关系。意大利著名力学家伽利略首先研究了单摆，后来荷兰科学家C.惠更斯研究了复摆，他们为摆的力学理论奠定了基础。

摆是指能够产生摆动的一种机械装置，可用来展现种种力学现象。最基本的摆由一条绳或竿，和一个锤组成。锤系在绳的下方，绳的另一端固定。当推动摆时，锤来回移动。人们能够看到摆的运动，但却不能看到摆的运动轨迹。

发明内容

本发明是为了让人们既能够看到摆的运动，又能够观察到摆的运动轨迹的实现单摆运动的观测装置及单摆运动轨迹的记录方法，通过电子感应技术记录周期摆的运动轨迹，引导观察者理解摆的基本规律，进而通过对轨迹图像的分析，进一步了解傅科摆、复摆、扭摆等各种摆的特性及其在生产、生活中的应用。

本发明实现单摆运动的观测装置，其特点是，包括一横杆、一绳索、一摆锤、一观测台；所述的绳索一端系在横杆上，另一端连接摆锤；所述的摆锤悬挂在所述观测台的上方；所述的摆锤内设有一发射器，所述的观测台内设有一接收控制器，该观测台的顶面设有与接收控制器的输出端电连接的显示屏。

上述实现单摆运动的观测装置，其中，所述的显示屏由发光二极管阵列构成。

上述实现单摆运动的观测装置，其中，所述的接收控制器包括顺序连接的一接收电路、一比较电路、一控制电路、以及一发光二极管驱动电路，所述的发光二极管驱动电路的输出端与发光二极管阵列电连接。

上述实现单摆运动的观测装置，其中，所述的比较电路主要由运算电路构成。

上述实现单摆运动的观测装置，其中，所述的控制电路主要由一单片机构成。

上述实现单摆运动的观测装置，其中，所述的发射器是一个发光管。

上述实现单摆运动的观测装置，其中，所述的观测台设有检修门。

利用实现单摆运动的观测装置实现单摆运动轨迹的记录方法，其特点是，包括以下步骤：

1、将摆锤移动到观测台上的任意一个位置，然后放开让其自由摆动；

2、摆锤在摆动过程中其上的发射器不断向观测台内的接收控制器发射信号；

3、接收控制器的接收电路跟踪接收摆锤上发射器发射的信号，并将该信号输出到比较电路；

4、比较电路适时采集接收电路输出的信号，并将变化值输出到控制电路；

5、当控制电路接收到比较电路输出的高电平“1”时，该控制电路将“1”值转换成驱动发光二极管工作的高电平，使发光二极管发光；

6、所述发光二极管构成了记录该摆锤的运动轨迹。

上述利用实现单摆运动的观测装置实现单摆运动轨迹的记录方法，其中，所述的发射器发射的信号为大于400MCD的线形强光；该强光照射比较电路中的光敏电阻，让光敏电阻的阻值发生变化，比较器电路适时采集变化值，并将采集到高电平“1”值输出到控制电路。

上述利用实现单摆运动的观测装置实现单摆运动轨迹的记录方法，其中，所述摆锤每运动一个完整周期的运动轨迹会在LED显示屏上持续显示，可以通过清零功能将发光二极管发光构成的轨迹清除。

由于本发明采用了以上的技术方案，布置一个观测台，观测台的台面由LED显示屏构成；在观测台上方中心点位置垂直悬挂一个包括了摆锤的绳索摆，摆锤设有发射器，观测台内设有接收控制器。观察者将摆锤移动到任意一个观测面上的位置，然后放开让其自由摆动，摆锤下的LED显示屏上会记录摆锤的运行轨迹。每一个完整周期的运行轨迹会在LED显示屏上持续显示，观察者可以通过清零功能将轨迹清除。从而观察者可以通过重复演示观察摆锤的运动的规律性和不可重复性。

另外，采用圆形LED显示屏作为显示器，观察者从观测台哪个角度观察记录的轨迹的效果都是一致的，不会有偏移失真。而且，该圆形LED显示屏还可解决现有的液晶或等离子显示器难以制成较大圆形的问题。

附图说明

本发明的具体结构由以下的实施例及其附图进一步给出。

图1是本发明实现单摆运动的观测装置的整体结构示意图。

图2是本发明实现单摆运动的观测装置中摆锤的结构示意图(剖视)。

图3是本发明实现单摆运动的观测装置中观测台的俯视图。

图4是本发明实现单摆运动的观测装置中接收控制器的电方框图。

图5是本发明接收控制器的电路原理图。

图6是本发明的工作流程图。

具体实施方式