[发明专利]一种利用磁悬浮转动平台测量刚体转动惯量的装置

说明书

技术领域

本发明是一种利用磁悬浮转动平台测量刚体转动惯量的装置，属于力学测量技术领域。

背景技术

大学物理实验中刚体转动惯量的测量是重要的力学实验；实验既要测量转动体的转动惯量也要验证转动惯量平行轴定理。常用的实验方法有：扭摆法、三线摆法、气浮转动法；这些实验方法都存在与转动件有接触性的阻力矩，影响到测量的准确度。

上述三种实验方法中都有中间接触体，其中，只有气浮转动的气流接触阻力矩相对较小，但是不可避免；而且阻力矩难以精密测量。因此需要设计制作除了空气阻力外的无接触性阻力矩的悬浮转动，也就是在转动中仅仅存在克服微小空气阻力矩的悬浮式转动；并可求得空气阻尼系数。

上述扭摆法、三线摆法测量转动惯量的公式是从测量谐振周期时间经公式计算得摆件的转动惯量；气浮转动法可从测量转动角参数经公式计算获得转动件的转动惯量；而真正利用无接触性阻力矩的磁悬浮转动法进行测量来获得转动件的转动惯量的实验装置却没有，故需要可在无外动力施加的情况下测量转动体的转动角速度和角加速度值求得转动惯量的实验装置。

发明内容

本发明的目的是一种利用磁悬浮转动平台测量刚体转动惯量的装置。

  本发明的目的是基于转动中所受空气阻尼力矩极小的磁悬浮转动平台，通过测量转动件转动时的角速度和角加速度及约定角位移所对应的时间，获得转动惯量；并可验证转动惯量平行轴定理、转动角动量守恒定理的实验装置。

  本发明的目的是可通过测量磁悬浮转动件在无外动力施加磁悬浮平台而转动时的角加速度；测得转动输出特性曲线。

  本发明的目的是基于无外动力施加而转动时所受空气阻尼力矩极小的磁悬浮转动平台，通过测量其在无外动力施加（待细绳脱离磁浮球或者单摆的小球正碰磁浮平台上的档光杆后）而转动时的角速度和角加速度的衰减值；可获得转动中的空气阻尼系数。

  本发明提出的一种利用磁浮转动平台测量刚体转动惯量的装置，是基于可精密测量磁悬浮转动件在无外动力施加而转动时的转动时间、转动角速度、转动角加速度值；测量过程中仅有的空气阻尼力矩极小，测量准确度高；磁浮转动平台的转动灵敏度高响应速度快。

附图说明

  图1所示是组成本发明的一种利用磁悬浮球转动平台测量刚体转动惯量的装置。

  图2所示是组成本发明的一种利用单摆小球正碰磁悬浮平台上的档光杆引起磁浮件转动的装置。

  图3所示是组成一种利用磁悬浮转动平台测量刚体转动惯量装置的各转动结构件。

  图4所示为运动学参数测试仪的实物图，用于记录转动时间、转动角速度和转动角加速度值。

具体实验方法

  方法1：如图1所示、图3所示，将底座通电（对非匀强强永磁体的底座）(2)，将塑胶球（球壳）(3)磁悬浮于底座的正上方；使之处于水平静态；调节运动学参数测试仪归零，使得相互成θ角的二片挡光片(9)能经过对应的二个光电门；将系有砝码盘(8)的细绳(5)跨过定滑轮(6)，细绳的另一端扣在磁浮球下半球的活孔中。

  方法2：如图2所示、图3所示，将底座通电（对非匀强强永磁体的底座）(2)，将塑胶球壳内的永磁体(15)磁悬浮于底座的正上方；使之处于水平静态；调节运动学参数测试仪归零，使得相互成θ角的二片挡光片(9)能经过对应的二个光电门。然后将单摆小球（13）从磁浮球上的档光杆高度拉直到水平方向上的电磁铁（14）吸住。

  方法1：轻轻释放砝码盘，待细绳脱离磁浮球时，按下运动学参数测试仪的执行键；进行测量。

  方法2：按下电磁铁开关，释放单摆小球，待小球与档光杆正碰后，记录小球碰撞后的上升高度；然后按下运动学参数测试仪的执行键；进行测量。

  记录二片挡光片之间的角度θ和运动学参数测试仪中所设定转动件的转动时间t、转动角速度ω和角加速度β值。