[实用新型]物体平衡演示器

说明书

本实用新型涉及的是一种可以演示出物理学中表现物体各种静态平衡及动态平衡状态的演示器具，尤其适宜作为物理教学器具使用。

物体的力学平衡状态是物理学，尤其是物理教学中的一项基本内容。这种平衡状态可分为静态平衡和动态平衡两大类。静态平衡是物体在静止情况下所表现出的一种平衡状态，按其平衡状态时的重心位置与支承点（或面）间相对位置关系的不同又可分为重心高于支承点（或面）的不稳定平衡、重心低于支承点（或面）的稳定平衡和重心始终位于支承点（或面）上的随遇平衡三种。例如中国专利87205022.X介绍的地球仪利用的就是稳定平衡的原理。动态平衡则是物体只有在运动过程中才能表现出的一种平衡状态，一旦停止运动，平衡状态随即消失，如旋转中的陀螺所表现出的平衡即是。物体的这些平衡状态虽然是人们早已熟知的基本原理和内容，但在演示它们，尤其是在教学中向学生讲解和演示这些平衡状态及力学原理时，却至今尚未见到能综合演示出上述各种平衡状态的理想器具，而只能分别用些简单的物品演示其中的某些平衡状态。这不能不说是件憾事。

本实用新型的目的是为解决上述问题而提供一种可综合演示出上述物体各种平衡状态的演示器具。

本实用新型的物体平衡演示器中有平衡体和基座两部分结构。平衡体包括有支撑杆和分布于其周围的平衡物，其间通过适当的联接件联接。平衡物可以为整体形式，也可以是若干相互分离的分离体形式，其作用为控制和调整平衡体的整体重心位置。为此，平衡物与支撑杆之间的联接件至少应能使平衡物在沿支撑杆的长轴方向上进行移动和定位。支撑杆一端为自由端，另一端为可活动的支撑端，以便在平衡物的平衡力作用下将平衡体平衡支撑于基座上。由于通过联接件平衡物可沿支撑杆长轴方向作位移调节，通过这种位移和调节，可以改变平衡体的重心与其在基座上的支撑点间的相对位置关系，从而满足演示三种静态平衡所需的力学要求。

使平衡体实现上述沿支撑杆长轴方向位移调节的方式很多。例如使联接件与支撑杆间以螺纹、滑动或其它类似的活动联接方式相配合，平衡物即可随联接件一起移动；若在平衡物与联接件间采用类似的配合方式，则平衡物即可单独实现移动调节。此外也可以将此两种方式相结合，或采用能具有同样效果的其它适当方式。

当平衡物以较简单的整体形式或以质量对称方式分布于支撑杆周围时，平衡物以上述方式调节重心位置即可满足要求。当平衡物为若干分离体的形式，尤其是以质量非对称的形式分布于支撑杆周围时－－因生产制造中的精度误差或其它多种原因，这种情况的发生几乎是不可避免的，都会使平衡体的重心位置偏离其支撑点所在的垂线。此时通过改变各平衡物所产生作用力矩的方向或／和大小即可使重心位置得到调整。使平衡物实现这种调节并不困难，例如通过采用可使各平衡物能绕支撑杆周围旋转的联接件，就可以使各平衡物在支撑杆周围所处的方位进行调整和改变，从而改变其作用力矩的方向；采用可以改变各平衡物与支撑杆间距离的联接件就可以通过这种距离的变化实现改变其作用力矩大小的目的。

将平衡物的上述各种调节方式相结合，显然可以使平衡体的重心位置在三维空间内的任意调节更加方便灵活。这对改善演示效果是十分有利的。例如演示随遇平衡时，往往需要使平衡物的质量分布保持对称，以使平衡体的重心位置正好落于支撑点上；而演示稳定平衡时，若有意使平衡物的质量呈非对称性的分布往往可以产生出优于对称性分布的演示效果。

为进一步增加重心位置调节的灵活性，在支撑杆的自由端与联接有平衡物的联接件之间还可以再增设一个可沿支撑杆移动的重心微调节物，最方便的是采用如薄壁球、细丝环等形式的轻质物体。其除可起调节重心的作用外，还有利于增强和改善演示的视觉效果。

对平衡体的重心位置进行调节主要影响的是静态平衡的演示，动态平衡则与物体的重心位置无关而只依赖于运动状态和运动速度。由本实用新型的上述结构不难看出，因平衡体中只有支撑杆的支撑端与基座相接触，使其进行能实现动态平衡的各种运动状态之一的快速旋转运动十分容易。为减少旋转时支承点发生位移造成的不稳定现象，支撑杆与基座间的支承部位可采用球面或其它能相互适应的凸凹结构形式相配合。在提高静态平衡演示效果的稳定性上这种配合方式同样也是有利的。

以下通过附图所示的实施例说明本实用新型的结构，但本实用新型的范围并不限于下述的实例。

图1本实用新型物体平衡演示器的结构