[发明专利]便携式汇交力系示教仪

说明书

一种便携式汇交力系示教仪，由摆杆、摇杆、伸缩杆、滑轮、钢缆绳、框架、砝码、弹簧秤组成示教仪，分别用钢缆绳、弹簧秤与框架在X‑Y‑Z轴三个方向上连接，并汇交一点后固定，通过施加相等预紧力，形成平衡的汇交力系；用钢缆绳一端连接汇交点，另一端绕滑轮后连接砝码，读取数据，获得本条件下该力对平衡力系的影响；用摇杆和摆杆调整力的角度，获得该条件下力对三轴的分力变化，验证平行四边形法则；同理，用多个钢缆绳分别在同轴、同一平面和空间情况下对汇交点施加作用力，通过变换伸缩杆的伸出长度和与框架的角度，变换摆杆和摇杆的位置，获得多种条件下，各力对平衡力系的影响和新的平衡条件，进一步验证平行四边形法则。

技术领域

本发明属于物理教学或力学教学研究的技术领域，特别涉及一种力系，即：各力作用线在同一空间内且汇交于一点的力系（称为汇交力系）的等效转换，如：在一个空间上，多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的示教的设备。

背景技术

各力作用线在同一空间内且汇交于一点的力系称为汇交力系。平面汇交力系是汇交力系的一种特例，是最简单、最基本的汇交力系。力学学习中汇交力系的解题方法有两种：即几何法和解析法。汇交力系的示教仪是一种在一个空间内各种条件（如：作业线延长线重合、二力、三力及多力交汇一点等情况）下检测受力平衡条件的一种示教设备。在研究探索汇交力系平衡条件、利用平衡条件求未知力和新结构的设计与分析过程中，也是一种不可或缺的重要验证设备。目前高中物理中有使用弹簧秤和细绳测量力的大小与方向的简单的验证性实验方式；结构力学中检验桁架受力变形量的使用设备；而工程力学实验中，多是测量材料力学性能的使用设备，尚未发现对其受力性质、等效分析、分解与合成进行原理性实验的机器设备的研究和应用。而本发明是基于多种力在一个空间内汇交一点的，设计性创造多种条件下汇交力的分解与合成、等效与替代的检验实验的汇交力系的示教设备。

发明内容

本发明的目的是提供一种通过钢丝绳、弹簧秤、砝码、滑轮和框架搭建的一个汇交力系，完成不同位置施加不同或相同载荷、在特定角度安置弹簧秤来测量分力，以及了解绳索与坐标轴之间的角度变化与力的分解关系，从而验证平面汇交力系的平衡条件和等效作用，借助于汇交力系的实际施加力的值，弹簧秤测定值及变换绳索与轴之间的角度，达到验证平行四边形法则的作用，检测结构内受力条件的示教装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种便携式汇交力系示教仪，其特征是：由框架与摇杆、摆杆和多组伸缩杆、滑轮、钢丝绳、砝码、弹簧秤组成的示教仪，用固定脚与螺栓组件21固定框架梁22组合成正方体的框架1，用把手固定螺丝46将把手25固定在框架1上，分别 用固定架A3、10固定架B、固定架C26、固定架D33、固定架E51和固定架F56将Z轴负向弹簧秤4、X轴正向弹簧秤9、Z轴正向弹簧秤27、X轴负向弹簧秤32、Y轴正向弹簧秤49和Y轴负向弹簧秤57与框架1固定，调节螺栓组A5、调节螺栓组B7、调节螺栓组C28、调节螺栓组D31、调节螺栓组E58和调节螺栓组F63一端分别连接Z轴负向弹簧秤4、X轴正向弹簧秤9、Z轴正向弹簧秤27、X轴负向弹簧秤32、Y轴正向弹簧秤49和Y轴负向弹簧秤57，另一端分别连接钢丝绳A2、钢丝绳B6、钢丝绳H55、钢丝绳E30、钢丝绳J62和钢丝绳I59，且钢丝绳汇交于汇交点29，用加强固定架A8、加强固定架B34，加强固定架C41和加强固定架D48分别给X轴正向弹簧秤9、X轴负向弹簧秤32、Y轴正向弹簧秤49和Y轴负向弹簧秤57限位，调整各调节螺栓组，使相应弹簧秤示数相等，获得X-Y-Z三轴平衡的汇交力系。