[发明专利]科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置与方法

说明书

本发明提供一种科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置与方法，该实验装置包括牵连运动组件、相对运动组件和测试传感器；牵连运动组件包括机架、第一电机、第一转轴和第一转盘；第一转轴垂直于第一转盘，第一转轴的顶部位于第一转盘的圆心位置；相对运动组件包括第一支撑架、第二支撑架、第二电机、第二转轴和第二转盘；第二转轴上设置有第二法兰，第二转盘通过第二法兰安装在第二转轴上；测量传感器包括转速传感器和加速度传感器。本发明体积小巧、造价低、使用方便、直观，可应用于课堂教学、展示现象以及实验探究。既可用于直观演示科氏加速度的存在，也可精确测量科氏加速度大小，同时还可以检验加速度合成定理。

技术领域

本发明属于运动学和动力学的实验教学装置技术领域，具体涉及一种科氏加速度演示测量及加速度合成定理检验实验装置与方法。

背景技术

在分析物体的合成运动时，当动系作定轴转动，动点在某瞬时的绝对加速度等于该瞬时它的牵连加速度、相对加速度与科氏加速度的矢量和。科氏加速度是由于动系为转动时，牵连运动与相对运动相互影响产生的。与科氏加速度对应的力叫科氏力。科氏加速度广泛的存在于我们的现实生活，例如河床两岸冲刷不一样，南北半球旋风旋向相反等。科氏加速度是《理论力学》和《机械原理》等课程中的重难点，主要是科氏加速度较为抽象，产生原因和方向判断较难理解。科氏加速度的产生由于伴随转动，故一般情况下不易观察。因此需要通过实验装置直观的展示科氏加速度的现象，测量其大小。加速度合成定理涉及空间矢量运算，也较为复杂，需要在测量科氏加速度的基础上进一步对合加速度分量进行检验。

为了演示或测量科氏加速度，已有一些实验装置。

专利号ZL201420694536.3，授权公告号CN 204257073 U，授权公告日2015.04.08，申请人为：浙江师范大学，申报的专利：一种科氏加速度演示仪，该演示仪的变频电机带动大转盘旋转，在大转盘上直流电机驱动皮带运动，则皮带受到在水平面内垂直于皮带方向的科氏力，皮带向中间靠拢或向两边分开。随着转速和皮带倾角的变化，科氏力变化，相应皮带靠拢或分开的距离发生变化。河海大学研制的转盘水泵式演示平台与之类似。该类实验装置可演示科氏加速度的现象，但是体积较大，而且不能测量科氏力或科氏加速度的大小。

专利号ZL201410209679.5，授权公告号CN 104021708 B，授权公告日2016.06.08，申请人为：上海理工大学，申报的专利：科氏加速度演示仪以及科氏惯性力测量方法，该科氏加速度演示仪增加了科氏力测量部分。启动电机，让内筒和皮带反向转动，使皮带的两直边靠近，用红外激光测距仪记录两直边的最小间距。关闭电机，推动两个推杆，分别驱动两个压力传感器推动两个滑块在导轨上滑动，挤压皮带两条直边，使其距离与上述最小距离相同，将压力传感器上的气压表读数乘以感应器活塞的面积，即可得科氏力的大小。该实验装置虽然可以测量科氏力，但是采用间接方法测量，皮带在科氏力作用下变形后的形状和滑块作用下的变形后的形状有差别；皮带的实际受力还包括了产生牵连加速度的向心力，因此测量误差较大。

另外武汉理工大学胡芮在受科氏力作用的滑块上安装指针，指针上的画笔记录指针轨迹进行定量分析；南京航空航天大学王松松用受科氏力作用的钢球压迫弹簧，弹簧发生变形，利用滑轮、引线和位移补偿丝杆组成的传递机构，将弹簧变形量传递到显示装置，从而显示科氏加速度的存在。这些装置的测量方法都是间接法，测量误差大、结构复杂、成本较高。

而对于加速度合成定理检验的实验装置未见报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种科氏加速度演示测量及加速度合成定理检验实验装置及方法，既可以演示科氏加速度现象，也可以测试科氏加速度大小，分析影响科氏加速度的因素，另外还能通过实验装置检验加速度合成定理。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

科氏加速度测量及加速度合成定理检验实验装置，该实验装置包括牵连运动组件、相对运动组件和测量传感器；