[实用新型]磁柱式牛顿摆

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种教学演示器具的牛顿摆，特别涉及一种磁柱式牛顿摆。

背景技术

    牛顿摆是一个20世纪60年代发明的桌面演示装置，几个质量相同大小一致的钢球由吊绳固定，彼此紧密排列，拉起最左侧的一个钢球，释放后钢球回摆时碰撞紧密排列的另外四个球，最右边的有且仅有一个球将被弹出，反之亦然，拉起右边的若干个钢球也会弹起左边的若干的钢球，以此来演示动量守恒定律，但这种传统的牛顿摆能量损失较大，摆动时间短，观赏及演示效果有待提高。

发明内容

本实用新型的目的就是针对现有技术存在的上述缺陷，提供一种摆动时间长，结构新颖、演示效果好的磁柱式牛顿摆。

其技术方案是：包括底座、矩形支架、摆杆、轴承、磁柱，所述底座上部固定矩形支架，矩形支架的顶部通过轴承连接五根硬质摆杆，每个摆杆的下端分别固定磁柱，摆杆在矩形支架形成空间内自由摆动；所述磁柱采用永磁体制成的圆柱形或长方体形的撞柱，且五个磁柱排列成一条直线，同名磁极相对静止放置。

上述的磁柱的同名磁极的距离是磁柱长度的一半。

本实用新型的有益效果是：1、刚性摆杆替柔性摆线，减少了摆线自身在垂直摆动方向的震动，进而减小了碰撞过程中的能量消耗；2、采用磁柱间接碰撞代替钢球直接碰撞，当左边回摆的磁柱靠近相邻磁柱时，因为受同名磁极磁场力作用，磁极互相排斥，距离越近排斥力越大，所以能够避免直接碰撞；因磁柱之间没有直接碰撞，避免了钢球碰撞发声带的耗能，能量能够更多的传递到下一个磁柱，如此反复的次数更多；3、摆杆和支架通过轴承连接，摆动过程中的摩擦损耗进一步减小，摆动时间更长；

本实用新型改进之后在每次碰撞的能量传递率得以提高，因而增加了牛顿摆的摆动的时间，其结构更简单，演示效果更好，更加新颖别致。

附图说明

附图1是本实用新型的主视图；

附图2是本实用新型的俯视图；

附图3是本实用新型的左视图；

附图4是左侧磁柱起始摆动状态图；

附图5是右侧磁柱弹起状态图；

上图中：底座1、矩形支架2、摆杆3、轴承4、磁柱5。

具体实施方式

     结合附图1-5，对本实用新型作进一步的描述：

本实用新型包括底座1、矩形支架2、摆杆3、轴承4、磁柱5，所述底座1上部固定矩形支架2，矩形支架2的顶部通过轴承4连接五根硬质摆杆3，每个摆杆3的下端分别固定磁柱5，摆杆3在矩形支架形成空间内自由摆动；所述磁柱5采用永磁体制成的圆柱形或长方体形的撞柱，且五个磁柱5排列成一条直线，同名磁极相对，并使其保持同名磁极的距离是磁柱长度的一半，实现在静止状态下的相对稳定；摆杆采用可以采用木质或铝合金等非磁性金属制成。

通过摆杆和轴承的作用，使得磁柱不能发生扭转错位。

本实用新型采用永磁体制成的磁柱5代替传统牛顿摆中直接碰撞的钢球，运用磁力互相排斥磁柱实现动量的传递；而且，磁柱采用永磁体加工成长方体或圆柱形结构，组装时同名磁极相互靠近，且间距是磁柱长度的一半，静止时能够保持在竖直方向的平衡位置。

另外，本实用新型采用具有无磁性的硬质的摆杆4代替原来的柔性摆线，摆杆能够有效限制磁柱对撞时的扭转；通过轴承3与水平支架相连接，每次摆动过程中摩擦耗能更少。

本实用新型的工作原理是：

在演示开始时，提升左侧磁柱的高度，磁柱释放后，在重力作用下向右摆动，进入磁力区域后，由于同名磁极的互相排斥作用，动能转换为磁场势能，之后势能又转化为最右侧磁柱的动能，将其向右弹出，如图5。如此循环往复，实现动能和势能的转化，演示动量守恒定律。本实用新型作为原有牛顿摆的改良设计，由原来直接碰撞的钢球改为用磁力互相排斥的永磁铁撞柱。对于结构形式也进行了改进，其特征在于原来的柔性摆线换为具有一定刚度的硬质的摆杆，摆杆能够有效控制磁柱对撞时的扭转。