技術領域

本發(fā)明屬于用于豎直面動力學研究的裝置領域，尤其是研究圓周運動所涉及到的動力學裝置。

背景技術：

一個細線拴著一個重物在豎直平面做圓周運動，重物在最低點時拉力大于重力，且最低點拉力最大-這都是容易被理論證明的，要想用實驗表現(xiàn)這個現(xiàn)象，現(xiàn)有技術公開了一種研究圓周運動的裝置：豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底座，豎直面板由鐵板制成，還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端吸附于豎直面板，磁柱另一端栓接一根細線，細線的上端栓接于磁柱，細線的下端懸掛一個重物。該裝置的使用方法：第一步，將重物升起一定高度，且：1，使細線處于直線狀態(tài)；2，細線偏離豎直位置。第二步，釋放重物，重物開始做形狀為圓弧的運動，即：圓周運動的一部分。選擇合適的釋放位置，可以達到這樣的效果：在此位置釋放重物，恰好可以把磁柱拉倒。理論分析如下：用T表示重物受到的拉力，用G表示重物受到的重力，用m表示重物的質(zhì)量，用v表示重物經(jīng)過最低點的速度，用r表示重物圓周運動的半徑，推導得到，于是，得到最低點速度v越大，拉力T越大的結(jié)論。用該實驗輔助講解：磁柱被拉倒，說明拉力T比重力大。實驗操作者錄制了該實驗的視頻，在逐幀播放視頻時，發(fā)現(xiàn)：磁柱并沒用在重物處于最低點倒下，而是明顯經(jīng)過了最低點以后，磁柱才倒。實驗操作者重復實驗多次，每次都錄制視頻并逐幀播放，均發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象。這個現(xiàn)象和理論不符。這個現(xiàn)象之前沒有被人發(fā)現(xiàn)過：要慢速播放才可以觀察到這個現(xiàn)象。從重物經(jīng)過最低點到磁柱倒掉，大約歷時0.2秒。0.2秒的時間，大約是該裝置所懸掛重物單擺周期的8分之1，這0.2秒內(nèi)，重物經(jīng)過的路程大約是振幅的三分之二，細線和豎直方向的夾角大約是40度。所以，通常從時間上觀察不出該現(xiàn)象，慢速播放的時候，可以從重物偏離平衡位置的距離上觀察到該現(xiàn)象。

嚴格的來說，該實驗和理論不符，該實驗裝置不宜用于圓周運動動力學的教學。換句話說：要研發(fā)一個新的裝置，能演示最低點拉力大于重力的實驗，并且克服上述缺陷。

既然要研發(fā)新的裝置，就要知道現(xiàn)有裝置的問題出在哪里。有兩種說法：1，細線的形變需要時間，這個時間大約是0.2s，等細線完成了形變，磁柱才受到更大的拉力而被拉倒。2，磁柱在重物經(jīng)過最低點就已經(jīng)開始傾倒了，但是，磁柱的長度不夠長，0.2秒以后，才明顯看出來磁柱倒掉。這兩種說法聽上去都有道理，如果要用理論知識判定哪種說法正確，這是非常復雜的理論問題。

關于此現(xiàn)象，還有其他解釋，那些解釋可以通過理論分析直接排除，所以，在本說明書中就不表述了。

本發(fā)明提出一種裝置，該裝置可以：1，驗證上述兩種說法哪種正確。2，克服現(xiàn)有裝置的不足之處，并且達到實驗現(xiàn)象和理論相符的有益效果。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明克服現(xiàn)有技術不足所采用的技術方案是：

用于豎直面動力學研究的裝置，包括豎直面板，位于豎直面板下端用于支撐豎直面板的底座，其特征是：豎直面板由耐火材料制成，豎直面板固定連接一個用于吸附永磁體的吸附板，吸附板用于吸附永磁體的那個面為豎直平面，

還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱，磁柱一端吸附于吸附板，磁柱另一端栓接一根細線，

細線的上端栓接于磁柱，細線的下端懸掛一個重物，細線由易于燒斷的材料制成，

豎直面板設有一個貫穿豎直面板正、反面的孔，孔內(nèi)設有用于噴火以便在細線偏離平衡位置之后盡早燒斷細線的第一噴嘴，且第一噴嘴的噴火方向為：既垂直于豎直面板，又垂直于細線。

孔的位置可以在：重物的斜上方，且：靠近、但不重合于細線所在的豎直線。

孔的形狀可以為：圓弧形。

還可以包括：以經(jīng)過細線的豎直平面為對稱面、與第一噴嘴對稱設置的第二噴嘴，且第二噴嘴的噴火方向為：既垂直于豎直面板，又垂直于細線。

細線可以為棉線。

吸附板可以由鐵制成。

磁柱形狀可以為圓柱體。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，用本發(fā)明做相關實驗，可以讓實驗現(xiàn)象和理論分析完美相符。

附圖說明

圖1是現(xiàn)有技術的正視圖。

圖2是現(xiàn)有技術的測試圖。

圖3是本發(fā)明實施例一的正視圖。

圖4是本發(fā)明實施例一的測試圖。

圖5是本發(fā)明實施例一的測試圖。

圖6是本發(fā)明實施例一的局部放大圖。

圖7是本發(fā)明實施例二的局部放大圖。

圖8是本發(fā)明實施例三的正視圖。

圖中：1-豎直面板，2-底座，3-磁柱，4-細線，5-重物，6-吸附板，7-孔，8-第一噴嘴，9-第二噴嘴。

具體實施方式

附圖1、2分別是現(xiàn)有技術的正視圖和側(cè)視圖。

實施例一

參見附圖3，是本發(fā)明的正視圖，附圖4是本發(fā)明的側(cè)視圖。圖5是本發(fā)明的側(cè)視圖，在圖5中，用虛線包圍了一個范圍，這些范圍在圖6中被放大顯示，或者說，圖6是圖5的局部放大圖。這些附圖表達：

用于豎直面動力學研究的裝置，包括豎直面板1，位于豎直面板1下端用于支撐豎直面板1的底座2，其特征是：豎直面板1由耐火材料制成，豎直面板1固定連接一個用于吸附永磁體的吸附板6，吸附板6用于吸附永磁體的那個面為豎直平面，

還包括一個由永磁體制成的、形狀為柱狀的磁柱3，磁柱3一端吸附于吸附板6，磁柱3另一端栓接一根細線4，

細線4的上端栓接于磁柱3，細線4的下端懸掛一個重物5，細線4由易于燒斷的材料制成，

豎直面板1設有一個貫穿豎直面板1正、反面的孔7，孔7內(nèi)設有用于噴火以便在細線4偏離平衡位置之后盡早燒斷細線4的第一噴嘴8，且第一噴嘴8的噴火方向為：既垂直于豎直面板1，又垂直于細線4?？?的位置在：重物5的斜上方，且：靠近、但不重合于細線4所在的豎直線。

解釋：噴嘴：本發(fā)明所述的第一噴嘴8、第二噴嘴9均指噴火的噴嘴，噴火的噴嘴屬于現(xiàn)有技術，比如以下網(wǎng)頁介紹的噴嘴：

http://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.18.RhvunH&id＝40119733829&ad_id＝&am_id＝&cm_id＝140105335569ed55e27b&pm_id＝&ab bucket＝5

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.279.RhvunH&id＝16026116927&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.212.RhvunH&id＝39322048663&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.145.RhvunH&id＝38722875361&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://item.taobao.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.34.SX1kPc&id＝18445364256&ns＝1&abbucket＝5#detail

http://detail.tmall.com/item.htm？spm＝a230r.1.14.59.SX1kPc&id＝13974025302&abbucket＝5

因為上述網(wǎng)頁由www.taobao.com的商家編輯，所以，無法確保上述網(wǎng)頁總顯示為噴嘴，或許哪天商家就會編輯該網(wǎng)頁為其他商品。

如何讓噴嘴噴火，屬于現(xiàn)有技術，比如氧氣乙炔燃燒噴火，比如便攜式的丙烷噴火裝置，這都是現(xiàn)有技術。噴嘴噴出的火焰可以有附屬裝置調(diào)節(jié)火焰的尺寸，使火焰非常細，這也是現(xiàn)有技術。

使用方法：把磁柱3吸附于吸附板6，吸附板6可以由鐵制成，先不噴火，讓重物5偏離平衡位置，并且確保細線4的形狀為直線，并且確保細線4平行于豎直面板1，然后釋放重物5，多次實驗，找到這個位置：在該位置釋放重物5時，重物5在圓弧運動時恰好可以拉倒磁柱3。標記該位置。為了表述的方便，該位置記為A位置。

用手捏著重物5，使重物5位于A位置，然后，讓噴嘴噴火，調(diào)節(jié)火焰的尺寸，使火焰火力集中，火苗細細的。

釋放重物5，使細線4剛經(jīng)過豎直方向后，就立即被火苗切斷。

以上演示過程全稱錄像，然后慢速播放，可以看到：細線4剛經(jīng)過豎直方向，細線4就被燒斷，與此同時，細線4產(chǎn)生的拉力消失，磁柱3仍然保持水平方向吸附在吸附板6，經(jīng)過大約0.2秒的時間，明顯觀察到磁柱3傾倒。

由此說明：1，用現(xiàn)有技術來做該實驗沒有看到重物5在最低點時拉倒磁柱3，不是因為細線4的形變需要相應時間的原因，而是因為磁柱3的傾倒是一個由慢到快的過程，傾倒的初始階段，即使慢鏡頭播放視頻，也很難發(fā)現(xiàn)磁柱3明顯傾倒。用本發(fā)明所述的裝置，可以證明：重物5在最低點時，拉力的確有最大值，并且拉力大于重物5的重力。

孔7的位置在：重物5的斜上方，且：靠近、但不重合于細線4所在的豎直線。靠近這個詞，通常是不清楚的表述，但是，通過上述介紹，相關領域技術人員應當理解：靠近是指：細線4經(jīng)過豎直位置后，盡早燒斷細線4的位置。為什么不能太遲燒斷細線4呢？因為太遲燒斷細線4，在視頻慢速播放時，仍然看到重物5明顯經(jīng)過了最低點，磁柱3仍然沒有倒掉。因為噴嘴噴射的火焰有一定的寬度，所以，火焰不可以在細線4位于豎直方向時就燒斷細線4。要達到這樣的效果：1，細線4在經(jīng)過豎直位置的瞬間，火焰燒不斷細線4，2，細線4經(jīng)過豎直位置后，就盡早燒斷細線4。這樣解釋后，相關領域技術人員就可以理解“靠近”二字的含義了，“靠近”這樣的表述就變的清楚了。如果還覺的靠近二字不清楚，可以表述為：孔7的位置在：重物5平衡位置的上方，豎直方向距離重物5上端1-3cm，且：水平方向距離細線4所在豎直直線1-4cm。

為什么不用刀切斷細線4呢？刀固然可以切斷細線4，但是，刀同時也改變了重物5圓周運動的半徑，于是造成拉力增大，磁柱3這種情況下倒掉，無法說清楚是半徑減小造成的還是磁柱3傾倒較慢造成的結(jié)果。

相關領域技術人員應當知曉，要讓火焰接觸細線4，而不是噴嘴本身接觸細線4。

因為噴嘴溫度很高，所以，豎直面板1由耐火材料制成。比如建筑裝置用的瓷磚。耐火材料往往不被永磁體吸引，所以，豎直面板1固定連接一個用于吸附永磁體的吸附板6。為了確保磁柱3水平，可以讓吸附板6用于吸附永磁體的那個面為豎直平面。磁柱3形狀可以為圓柱體。

第一噴嘴8的噴火方向為：既垂直于豎直面板1，又垂直于細線4。噴嘴噴出的火焰，對細線4有一定力的作用，所以，垂直于細線4燒斷細線4是減小誤差的做法。

第一噴嘴8如何安裝與孔7內(nèi)，是現(xiàn)有技術，可以固定設置，也可以可拆卸方式連接，也可以用手持焊炬，僅僅讓噴嘴伸入孔7內(nèi)。

用火焰燒斷細線4，如果僅僅看這個方法，完全沒有創(chuàng)造性。但是，本發(fā)明要解決的技術問題不是如何切斷細線4，而是：1，驗證兩種說法哪種正確。2，給出一個實驗和理論相符的技術方案。發(fā)現(xiàn)一個從來沒有被發(fā)現(xiàn)過的問題，這本身就是有創(chuàng)造性的。

用噴嘴噴火燒斷細線4，可以用極短的時間燒斷細線4。細線4最好用棉線，棉線遇到噴嘴發(fā)出的火焰幾乎是瞬時就燒斷了。

既然本發(fā)明說能噴火的噴嘴，那么相關領域技術人員應當知曉，本發(fā)明使用的時候要配套有燃氣提供裝置、燃氣輸送管道、燃氣量或者氧氣量調(diào)節(jié)裝置等配套設備，這都是現(xiàn)有技術。

實施例二

參見附圖7，是本發(fā)明由附圖6優(yōu)化的技術方案。還包括：以經(jīng)過細線4的豎直平面為對稱面、與第一噴嘴8對稱設置的第二噴嘴9，且第二噴嘴9的噴火方向為：既垂直于豎直面板1，又垂直于細線4。

只用一個噴嘴燒斷細線4，有一個不足：噴出的火焰會讓細線4受到一個很小的沖量，這個沖量的方向垂直于豎直面板1且遠離豎直面板1，即使這樣，還是讓一部分觀察者(學生)提出疑問，他們認為，是火焰對細線4施加的沖量影響了細線4的受力，然后，細線4拉倒了磁柱3。這樣的說法是有一定道理的：因為火焰確實給細線4施加了一個沖量，盡管這個沖量非常非常小。為了克服這一點點的沖量，可以設置另一個噴嘴，也就是第二噴嘴9，第二噴嘴9發(fā)出的火焰和第一噴嘴8發(fā)出的火焰相交，在交點處，就是細線4經(jīng)過的位置，這樣，細線4在垂直于細線4方向、沿著細線4方向都不受到火焰施加的沖量。當然，兩個火焰相向噴火時要盡可能縮短噴火時間，以免設備受到損害。

如何固定第二噴嘴9，屬于現(xiàn)有技術，可以用支架，也可以用手持焊炬---當然，手要拿穩(wěn)當才可以。

實施例三

參見附圖8，孔7的形狀為：圓弧形，而且，圓弧形狀的孔7，位于重物5的上方。這樣的設計有一個好處就是可以調(diào)整噴火點的位置。且該圓弧形的圓心位于磁柱3和吸附板6的連接處，該圓弧形的半徑略小于繩長。略小于-這三個字通常是不清楚的，但是，本申請中，略小于的意思是說：細線4被燒斷的位置優(yōu)選靠近重物5的位置。細線轉(zhuǎn)過相同的角度，距離圓心越遠，走過的弧長就越長，如果距離圓心很近的位置燒斷細線，可能造成細線偏轉(zhuǎn)角度過大。這個理解請參見本說明書關于“靠近”這個詞的解釋。

以上各個實施例可以合理組合使用。

相關領域技術人員應當知曉，細線4被燒斷的位置優(yōu)選靠近重物5的位置。

棉線指用棉花做成的細線，棉線很容易被燒斷。

本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，利于探究動力學的一些問題，作為輔助性實驗裝置，可以做到實驗現(xiàn)象和理論相符。