一種測量重力加速度的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種測量重力加速度的裝置，其包括一個容器和一個運動載體，其中，所述容器固定于所述運動載體上，并且所述容器中容納有液體；所述運動載體能夠作勻加速或勻減速運動，且該勻加速或勻減速運動的加速度能夠被獲得。本實用新型的裝置還可以包括對于所述運動載體施加恒定力的施力裝置以及對于所述運動載體的加速度進行測量的裝置。本實用新型的測量重力加速度的裝置具有結構簡單、操作簡便、測量精度高，測量演示生動形象的優(yōu)點。
【專利說明】一種測量重力加速度的裝置

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及重力加速度測量【技術領域】，具體涉及一種測量重力加速度的裝置。

【背景技術】
[0002]現(xiàn)有技術中測試重力加速度一般使用單擺測試，裝置包括細線、帶孔的金屬小球、鐵夾、鐵架臺和秒表；在細線的一端打一個比金屬小球上的孔大的結，將細線穿過金屬小球上的孔做成一個單擺，將該單擺通過鐵夾固定在鐵架臺上，將鐵架臺放置在桌邊使鐵夾伸出桌面，令單擺自由下垂；使用游標卡尺測量出小球的直徑記為d ;使用米尺測量金屬小球懸點到小球上端的距離記為I ;將金屬小球偏移其中垂線5?8度在豎直平面內進行自由擺動，并且使用秒表記錄金屬小球完成30?50次全振動用的時間T ;求出金屬小球每次全振動所用的平均時間t = T/c ;其中c為在T時間內金屬小球所做的全振動的次數(shù)；根據(jù)公式g = 4 312LZt2求得重力加速度，其中L = d/2+l。
[0003]使用現(xiàn)有技術中的裝置測試重力加速度時，需要一個人看表一個人記錄單擺全振動的次數(shù)，操作比較復雜，而且在計算單擺的全振動次數(shù)和利用單擺計時容易出現(xiàn)差錯，往往需要多次重復操作才能有一次測量成功，因此使用現(xiàn)有技術中的重力加速度測量裝置測量重力加速度時需要花費比較長的時間。
實用新型內容
[0004](一 )要解決的技術問題
[0005]本實用新型所要解決的是現(xiàn)有的測量重力加速度的裝置操作復雜、精確度不佳和耗時較長的缺點。
[0006]( 二 )技術方案
[0007]本實用新型的測量重力加速度的裝置，包括一個容器和一個運動載體，其中，所述容器固定于所述運動載體上，并且所述容器中容納有液體；所述運動載體能夠作勻加速或勻減速運動，且該勻加速或勻減速運動的加速度能夠被獲得。
[0008]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，所述的該容器的壁上設有高度刻度。
[0009]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，所述運動裝置能夠以預先設定的加速度作勻加速或勻減速運動。
[0010]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，還包括施力裝置，該施力裝置能夠對所述容器與運動載體構成的組合體施加一個恒定的力。
[0011]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，還包括加速度測量裝置，其用于測定所述運動載體的加速度。
[0012]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，所述加速度測量裝置為陀螺儀。
[0013]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，所述加速度測量裝置為以一定的距離布置在所述運動載體的運動路徑上的檢測器。
[0014]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，所述液體的粘度值在常溫下低于20厘泊。
[0015]根據(jù)本實用新型的【具體實施方式】，所述液體為水。
[0016](三)有益效果
[0017]本實用新型的測量重力加速度的裝置具有結構簡單、操作簡便、測量精度高，測量演示生動形象的優(yōu)點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的測量重力加速度的裝置的結構示意圖；
[0019]圖2是本實用新型的測量重力加速度的裝置的原理圖，其顯示的是液面上的一個點的受力情況。

【具體實施方式】
[0020]為解決上述技術問題，本實用新型提出一種新的測量重力加速度的裝置，其包括一個容器和一個運動載體，其中，所述容器固定于所述運動載體上，并且所述容器中容納有液體，該容器的壁上設有高度刻度；所述運動載體能夠作勻加速或勻減速運動。
[0021]圖1是本實用新型的測量重力加速度的裝置的結構示意圖。如圖1所示，本實用新型的測量裝置包括一個容器I和一個運動載體2，容器I固定于運動載體2之上，且其中容納有液體3。
[0022]所述容器I的形狀在本實用新型中不受限制，可以是杯形、圓筒形、棱柱形等，其材料優(yōu)選為透明的或半透明的，以便從外部觀察液面。容器壁上優(yōu)選為標注有高度刻度，以便記錄液面所在的位置。該高度刻度優(yōu)選為到少位于沿著所述運動載體2的運動方向的前后兩側，以便于觀察該前后兩側的液面高度。
[0023]所述運動載體2能夠在外力作用下作均加速運動或均減速運動。優(yōu)選地，施加所述外力的施力裝置可以對該運動載體2施加一個恒定的力。該力可以是機械力、電場力、磁場力等。例如，施力裝置可以是在該運動載體2的運動軌跡上施加一個恒定的磁場的裝置，同時,該運動載體2的到少部分為磁體。
[0024]該運動載體2優(yōu)選為放置在具有恒定摩擦系數(shù)的接觸平面上，以便其在運動過程中受到的摩擦力保持恒定。所要運動載體2即可以在運動時與其所放置的平面產(chǎn)生滑動摩擦,也可以產(chǎn)生滾動摩擦。例如,如圖1所示，其底部裝有小輪以和接觸平面產(chǎn)生滾動摩擦。
[0025]由此，當施力裝置(圖1中未示出)對運動載體施加一個恒定的力時，容器I隨同運動載體2朝著施力的方向作均加速運動或均減速動動(取決于運動載體2的初始速度方向與施力方向相同或相反)，由此，在容器I中的液體的液面會產(chǎn)生一個傾角a。下面，我們來分析利用該傾角來測量重力加速度的原理。
[0026]圖2是本實用新型的測量重力加速度的裝置的原理圖，其顯示的是液面上的一個點的受力情況，在所述液體3的液面上取一微小體積元(液體微元)，設其質量為m,所受重力即為mg，同時，它還受到下面液體給予的支持力N，支持力N的方向垂直于液面方向，支持力N和重力mg這兩個力的合力即為使該液體微元產(chǎn)生加速度a的合力，由此可得到mg *tga = ma。所以g = a/tg α。同時,根據(jù)圖1所示,又tg α液面前后高度差Ah和液面前后距離D的商，即tg a = Ah/D。代入前式可得g = a.Ah/D。
[0027]由于液面前后高度差Ah和加速度a均可方便得獲得，液面前后距離D通常為固定值，因此只要運動載體2作一次或多次均加速或均減速運動，即可得到重力加速度的值。
[0028]當然，也可以通過其他方式來直接測得角度α的大小，例如通過實時的圖像記錄得到液面的圖像，然后通過測量得到該角度的大小。
[0029]所述的勻加速或勻減速運動的加速度a應該預先設定或者可以被精確地測量得至IJ。如果是預先設計，則所述施力裝置對所述容器與運動載體施加的恒定的力可以精確地調節(jié)，例如調節(jié)恒度磁場的強度，然后將磁場強度的大小和加速度的大小進和定標，即可根據(jù)設定的磁場強度力調節(jié)預定加速度大小。
[0030]如果所述加速度a是在實驗過程中測量得到的，則可在運動載體2的運動軌跡上相隔一定距離設置兩個檢測器，分別用于檢測該運動載體2通過該兩個檢測器的時間，從而過算出兩個時間點的時間差t，根據(jù)公式a = 2s/t2即可求得加速度的在小，其中s為兩個檢測器之間的距離。
[0031]當然，如果不能精確地設計施加的恒定的力的大小，或者不方便測量容器和運動載體的總質量時，可能通過一個加速度測量裝置來測定所述運動載體2進行均加速或均減速運動的加速度。所述加速度測量裝置例如是安裝在運動載體上的陀螺儀。
[0032]此外，所述容器中所容納的液體的粘度應當盡量的小，以免液體在從靜止狀態(tài)變化到勻加速/勻減速狀態(tài)后達到平衡的時間過長。通常，可以選擇常溫下粘度低于20厘泊的液體，水是一種優(yōu)選的選擇。
[0033]相比于直接測量加速度的現(xiàn)有技術，本實用新型通過液體在加速時發(fā)生的傾斜效應，將豎直方向的加速度測量轉變化水平方向的加速度測量，這有有利于提高測量裝置架構的難度，從而提高測量的精度。同時，本實用新型的測量方法簡單，有效，能提高測量的效果。同時，本實用新型的測量過程生動、形象，能夠應用于教學、科研中的實驗用具，提高教學的生動性和教學質量。
[0034]以上所述的【具體實施方式】，對本實用新型的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，應理解的是，以上所述僅為本實用新型的具體實施例而已，并不用于限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種測量重力加速度的裝置，包括一個容器和一個運動載體，其中， 所述容器固定于所述運動載體上，并且所述容器中容納有液體； 所述運動載體能夠作勻加速或勻減速運動，且該勻加速或勻減速運動的加速度能夠被獲得。
2.如權利要求1所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，所述的該容器的壁上設有高度刻度。
3.如權利要求1所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，所述運動裝置能夠以預先設定的加速度作勻加速或勻減速運動。
4.如權利要求3所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，還包括施力裝置，該施力裝置能夠對所述容器與運動載體構成的組合體施加一個恒定的力。
5.如權利要求1?4中任一項所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，還包括加速度測量裝置，其用于測定所述運動載體的加速度。
6.如權利要求5所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，所述加速度測量裝置為陀螺儀。
7.如權利要求5所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，所述加速度測量裝置為以一定的距離布置在所述運動載體的運動路徑上的檢測器。
8.如權利要求1?4中任一項所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，所述液體的粘度值在常溫下低于20厘泊。
9.如權利要求1?4中任一項所述的測量重力加速度的裝置，其特征在于，所述液體為水。
【文檔編號】G09B23/12GK204166148SQ201420570027
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權日:2014年9月30日
【發(fā)明者】田炳陽, 聶傳輝, 宗寶春, 傅涵杰, 單天鶴 申請人:北京建筑大學