一種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及速度測量設備領域，具體為一種用角動量守恒定律測量飛行物體 速度的裝置。
【背景技術】
[0002] 測量飛行物的速度一般采用激光法或者高速攝影設備，激光法成本較高；高速攝 影設備成本仍然很高，另外受背景條件、光線情況、距離遠近的影響，要求的條件比較苛刻。 在實驗室或者企業的生產過程中往往需要測量一些飛行物體的速度，上述兩種方法成本又 太高，所以找到一種成本低廉、方便快速的一種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝 置非常必要。
【發明內容】
[0003] 本實用新型針對以上問題的提出，而研究設計一種結構簡單、成本較低、能夠方便 快捷的測量飛行物體速度的裝置。
[0004] 本實用新型的技術手段如下：
[0005] -種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于，包括底板、支架、 擺桿、軸、撥桿、刻度盤、指針、彈簧擋圈、飛行物以及運算單元；
[0006] 所述底板安裝在工作臺上；所述支架與所述底板固定連接，且所述支架的方向為 傾斜向上；所述支架的頂端具有與所述軸適配的軸安裝孔；
[0007] 所述擺桿與所述軸固定連接，所述軸安裝在所述軸安裝孔內，且可繞所述支架自 由轉動；所述支架頂端具有與所述軸安裝孔同軸的弧形撥桿槽；所述撥桿為直角桿，所述 撥桿一端與所述軸固定，另一端穿入所述撥桿槽，所述撥桿隨所述軸在所述撥桿槽中靈活 轉動；
[0008] 所述刻度盤與所述軸安裝孔同軸心固定在所述支架上；所述指針貼近所述刻度盤 固定在所述軸上；所述彈簧擋圈固定在所述指針外的軸的末端；
[0009] 所述撥桿撥動所述指針轉動；所述刻度盤上具有表示角度的刻度；可通過觀察指 針與刻度盤上重合的刻度測量擺桿的擺動角度；
[0010] 所述飛行物為強磁性材料，與所述擺桿碰撞后不反彈，且不打到所述擺桿內，而是 吸附在所述擺桿的表面；所述飛行物與所述擺桿的碰撞為兩個剛體之間的碰撞；
[0011] 向所述運算單元輸入所述飛行物的質量m。、擺桿的質量m、擺桿的底端距離軸中心 線的距離1、所述飛行物與所述擺桿的碰撞點距所述軸中心線的距離a、以及擺桿的擺動角 度，所述運算單元根據角動量守恒定律計算出所述飛行物的速度。
[0012] 進一步地，所述支架為兩根，且兩根所述支架相互平行；所述擺桿設置在兩所述支 架中間。
[0013] 進一步地，所述擺桿通過定位銷與所述軸固定。根據飛行物打上擺桿前瞬間的角 動量大小，可更換不同質量的擺桿，采用定位銷方便更換擺桿。
[0014] 進一步地，所述軸的兩端通過滑動軸承支撐在所述支架上。滑動軸承使擺桿受到 飛行物的碰撞后能夠盡量減小摩擦，提高裝置測量的準確度。
[0015] 進一步地，所述裝置還包括發射所述飛行物的發射裝置。
[0016] 更進一步地，所述擺桿的橫截面為矩形，所述飛行物垂直打在所述擺桿的側面上， 使所述擺桿擺動。擺桿擺動帶動撥桿轉動，撥桿轉動帶動指針轉動，指針在刻度盤上指示出 測到的擺桿的擺動角度。
[0017] 與現有技術比較，本實用新型所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置 具有以下有益效果：結構簡單，方便快捷、成本低廉。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本實用新型實施例主視圖；
[0019] 圖2為本實用新型實施例俯視圖；
[0020] 圖3為本實用新型實施例支架剖視圖；
[0021] 圖4為圖2中K部放大圖。
[0022] 圖中：1、支架，2、指針，3、刻度盤，4、擺桿，5、軸，6、撥桿，7、底板，8、彈簧擋圈，9、飛 行物，1 〇、軸安裝孔，11、撥桿槽，12、定位銷。
【具體實施方式】
[0023] 如圖1-圖4所示的一種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，適用于實驗 室、企業生產中對飛行物體速度的簡單測量，尤其可作為學校實驗室實驗設備，采用角動 量守恒定律測量飛行物體的速度。
[0024] 本實施例的一種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，包括底板7、支架 1、擺桿4、軸5、撥桿、刻度盤3、指針2、彈簧擋圈8、飛行物9以及運算單元。
[0025] 底板7安裝在工作臺上；支架1與底板7固定連接，且支架1的方向為傾斜向上； 支架1為兩根，且兩根支架1相互平行；擺桿4設置在兩支架1中間。
[0026] 支架1的頂端具有與軸5適配的軸安裝孔10 ;擺桿4通過定位銷12與軸5固定 連接，軸5安裝在軸安裝孔10內，且可繞支架1自由轉動；支架1頂端具有與軸安裝孔10 同軸的弧形撥桿槽11 ;撥桿6為直角桿，其中撥桿6的一端與軸5固定，另一端穿入撥桿槽 11，撥桿隨軸5在撥桿槽6中靈活轉動；軸5的兩端通過滑動軸承支撐在所述支架1上。滑 動軸承使擺桿4受到飛行物9的碰撞后能夠盡量減小摩擦，提高裝置測量的準確度。
[0027] 刻度盤3與軸安裝孔10同軸心固定在支架1上；指針2貼近刻度盤3固定在軸5 上，彈簧擋圈8固定在指針2外的軸5的末端；撥桿6撥動指針2轉動；刻度盤3上具有表 示角度Θ的刻度；可通過觀察指針2與刻度盤3上重合的刻度測量擺桿4的擺動角度Θ ;
[0028] 飛行物9為強磁性材料，與擺桿4碰撞后不反彈，且不打到擺桿4內，而是吸附在 擺桿4的表面；飛行物9與擺桿4的碰撞為兩個剛體之間的碰撞；飛行物9可通過手直接拋 射，也可利用一發射裝置發射。
[0029] 擺桿4的橫截面為矩形，所述飛行物9垂直打在所述擺桿4的側面上，使所述擺桿 4擺動。擺桿4擺動帶動撥桿6轉動，撥桿6轉動帶動指針2轉動，指針2在刻度盤3上指 示出測到的擺桿4的擺動角度Θ，但當擺桿4再回豎直位置時指針2在它指示角度Θ上是 不動的，指針2通過人手動回零。
[0030] 向運算單元輸入飛行物9的質量m。、擺桿4的質量m、擺桿4的底端距離軸5中心 線的距離1、飛行物9與擺桿4的碰撞點距軸5中心線的距離a、以及擺桿4的擺動角度Θ， 運算單元根據角動量守恒定律計算出飛行物9的速度。其中運算單元可為計算器，電腦等 可進行計算的設備。
[0031] 根據圖1說明飛行物體速度的計算方法，把測量過程分為兩個階段進行討論：
[0032] 第一階段：飛行物打上擺桿并吸在擺桿上，并使擺桿獲得初角速度。這一階段時間 極短，擺桿發生的偏轉極小，可以認為仍處于豎直位置。考慮飛行物和擺桿所組成的系統， 系統的外力為飛行物、擺桿所受重力及軸的支持力，但這些力對軸均無力矩，滿足條件M = 〇,故此階段系統的角動量守恒。以擺桿轉動的方向為正方向，飛行物打到并吸上擺桿前后， 系統的角動量分別為
[0034] 式中，
為飛行物吸上擺桿后系統對軸的轉動慣量。由L。= L得
[0036] 第二階段：飛行物隨擺桿一起繞軸轉動。以飛行物、擺桿和地球為系統，在第二階 段只有保守內力做功，因此系統的機械能守恒。選取擺桿在豎直位置時飛行物的位置為重 力勢能零點，系統在始末態的機械能分別為
[0039] 根據角動量守恒定律，由E。= E，則
[0041] 式⑴和⑵式聯立，并代入J值，若Θ = 30°可得
[0043] 與現有技術比較，本實用新型所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置 具有以下有益效果：結構簡單，方便快捷、成本低廉。
[0044] 以上所述，僅為本實用新型較佳的【具體實施方式】，但本實用新型的保護范圍并不 局限于此，任何熟悉本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術范圍內，根據本實用 新型的技術方案及其發明構思加以等同替換或改變，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍之 內。
【主權項】
1. 一種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于，包括底板、支架、擺 桿、軸、撥桿、刻度盤、指針、彈簧擋圈、飛行物以及運算單元； 所述底板安裝在工作臺上；所述支架與所述底板固定連接，且所述支架的方向為傾斜 向上；所述支架的頂端具有與所述軸適配的軸安裝孔； 所述擺桿與所述軸固定連接，所述軸安裝在所述軸安裝孔內，且可繞所述支架自由轉 動；所述支架頂端具有與所述軸安裝孔同軸的弧形撥桿槽；所述撥桿為直角桿，所述撥桿 的一端與所述軸固定，另一端穿入所述撥桿槽，所述撥桿隨所述軸在所述撥桿槽中靈活轉 動； 所述刻度盤與所述軸安裝孔同軸心固定在所述支架上；所述指針貼近所述刻度盤固定 在所述軸上；所述彈簧擋圈固定在所述指針外的軸的末端； 所述撥桿撥動所述指針轉動；所述刻度盤上具有表示角度的刻度；可通過觀察指針與 刻度盤上重合的刻度測量擺桿的擺動角度； 所述飛行物為強磁性材料，與所述擺桿碰撞后不反彈，且不打到所述擺桿內，而是吸附 在所述擺桿的表面；所述飛行物與所述擺桿的碰撞為兩個剛體之間的碰撞； 向所述運算單元輸入所述飛行物的質量m。、擺桿的質量m、擺桿的底端距離軸中心線 的距離1、所述飛行物與所述擺桿的碰撞點距所述軸中心線的距離a、以及擺桿的擺動角度 Q，所述運算單元根據角動量守恒定律計算出所述飛行物的速度。2. 根據權利要求1所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于， 所述支架為兩根，且兩根所述支架相互平行；所述擺桿設置在兩所述支架中間。3. 根據權利要求1所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于， 所述擺桿通過定位銷與所述軸固定。4. 根據權利要求1所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于， 所述軸的兩端通過滑動軸承支撐在所述支架上。5. 根據權利要求1所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于， 所述裝置還包括發射所述飛行物的發射裝置。6. 根據權利要求1所述的用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于， 所述擺桿的橫截面為矩形，所述飛行物垂直打在所述擺桿的側面上，使所述擺桿擺動，擺桿 擺動帶動撥桿轉動，撥桿轉動帶動指針轉動，指針在刻度盤上指示出測到的擺桿的擺動角 度。
【專利摘要】本實用新型公開了一種用角動量守恒定律測量飛行物體速度的裝置，其特征在于，包括底板、支架、擺桿、軸、撥桿、刻度盤、指針、彈簧擋圈、飛行物以及運算單元；底板安裝在工作臺上；支架與底板固定連接，擺桿與軸固定連接，軸安裝在軸安裝孔內，且可繞支架自由轉動；支架頂端具有與軸安裝孔同軸的弧形撥桿槽；刻度盤與軸安裝孔同軸心固定在支架上；指針貼近刻度盤固定在軸上；彈簧擋圈固定在所述指針外的軸的末端；飛行物為強磁性材料，所述飛行物與所述擺桿的碰撞為兩個剛體之間的碰撞；所述運算單元根據角動量守恒定律計算出所述飛行物的速度。本實用新型結構簡單，方便快捷、成本低廉。
【IPC分類】G01P3/02
【公開號】CN204882598
【申請號】CN201520527263
【發明人】邵強, 王濱, 殷紅玲, 羅超
【申請人】大連民族大學
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年10月20日