[发明专利]基于LED发光摆球的轨迹测量装置及其测量方法

权利要求书

1.一种基于发光二极管LED发光摆球的轨迹测量装置，其特征在于： 该装置包括：悬挂在支架或房顶天花板上的LED发光摆球和数字照相机，其 中，LED发光摆球是一个直径为25～40mm的金属球，该金属球在其轴线设 有两个相互贯通的大小通孔，位于底端的小孔内设有LED，给该LED供电 的电池和串接电阻与导线都位于小孔后端的大孔内；一个吊盖螺固在该金属 球的大孔端口，摆线两端分别拴于该吊盖中央的吊钩和紧固在天花板或支架 上，籍此构成一个内部嵌有LED和相关器件、且不影响该金属球的重心与运 动状态的发光摆球；数字照相机放置在该金属球的正下方，用于拍摄和记录 LED发光摆球在不同初速度条件下的各种摆动轨迹，并将拍摄图像送入PC 机存储、处理，以供观测和分析该LED发光摆球的运动轨迹。

2.根据权利要求1所述的轨迹测量装置，其特征在于：所述金属球的 材质为不锈钢或铜合金；其中的小孔直径为3～6mm，深度不小于3～5mm， 大孔直径为11～15mm，深度不小于18～30mm。

3.根据权利要求1所述的轨迹测量装置，其特征在于：所述LED的直径 不大于3mm，所述给该LED供电的电池为锂电池，型号为CR1025或电压为3V、 直径小于11mm的锂电池，电阻的阻值是1～5k；所述摆线为尼龙线、金属线或 棉线，摆线长度应大于1000mm。

4.根据权利要求1所述的轨迹测量装置，其特征在于：所述数字照相 机的型号没有特定要求，其像素应不低于800万，且设有手控快门、即B快 门和能够外接快门线。

5.一种基于LED发光摆球的轨迹测量装置的测量方法，其特征在于， 所述方法包括下列操作步骤；

(1)初始化准备：

按照尺寸规定沿着金属球的轴线在其两端分别钻孔加工底部的小孔及位于 其顶端的大孔，并将大孔端口加工为内螺纹口；

将LED、锂电池、电阻和导线按照装置要求分别安装于金属球内，再将吊 盖螺固在该金属球的大孔端口；

将设定长度的摆线两端分别栓在吊盖和天花板或支架上，形成能够自由摆 动的LED发光摆球，再将数字照相机放置在发光摆球正下方的地面上；

(2)进行发光摆球的轨迹测量实验的操作：

关闭实验室的照明灯，拉上窗帘，使整个房间内的光线暗淡，只能看见发 光摆球内的LED发出的亮光；

启用数字照相机的B快门功能，利用外接快门线控制该数字照相机的快门 动作；

将发光摆球拽离平衡位置，然后放手，使得该发光摆球开始摆动起来；等 到该发光摆球的运动稳定后，启动数字照相机的快门，开始拍摄和存储该发光 摆球的摆动轨迹；直到摆球运动足够长的时间后，才停止拍摄，结束测量操作。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将发光 摆球拽离平衡位置时，包括下列供选择的实验操作内容：

对发光摆球没有推力的自由摆动，其摆球轨迹为一条直线；

按照设定方向再施加大小不等的推力后的自由摆动，当推力很小时，其运 动轨迹为逐渐旋转的直线；当推力较大时，其运动轨迹为逐渐旋转的椭圆；当 推力很大时，其运动轨迹为快速旋转的椭圆。