本申请是申请号为：2013104585359、发明创造名称为：一种摆动装置、申请日为：2013年10月3日的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种用于动力学研究、演示用的单摆。

背景技术

  动力学研究有时候会涉及单摆，比如有证明单摆的周期和摆球质量无关的实验，现有摆球的悬点要么在摆球的顶端，要么在摆球的底端，于是出现了一个问题：换一个不同半径的摆球做实验，就改变了摆长。其原因是：摆长指悬点到摆球质心的距离。需要注意的是：摆长和绳长是两个不同的物理概念。相关领域技术人员应当能分清绳长的意义不同于摆长的意义。

对于单摆的实验研究装置还有一个不足：通过实验证明单摆的周期和振幅（也被称为摆幅）无关，或者证明阻尼振动的时候，单摆的周期不变，需要演示这样的实验：测一个单摆的周期，记录该摆在振幅越来越小的运动中，周期如何变化。现有技术的不足是：单摆振幅减小的时间太久了，通常要20分钟以上，对于课堂演示来说，20分钟的时间太久了。

另外：摆动的时间超过10分钟，常常出现单摆的乱摆现象（有人称之为摆的混沌现象），也有时候会从单摆莫名其妙的变为圆锥摆，无论是乱摆还是圆锥摆，都是该实验不希望出现的现象。如果测量了10分钟，振幅没有减小太多，但是，摆的运动已经不能视为单摆，那么，实验要重新开始。

发明内容

   为了解决现有技术的不足，本发明提出一种摆动装置，本发明可以用于研究单摆运动。并且，本发明具有：摆球大小改变时，单摆的摆长不变的优点，还可以有振幅快速减小的优点，还具有不易乱摆（或变为圆锥摆）的优点。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种摆动装置，包括摆球本体，摆绳，其特征是：摆球本体有第一孔、第二孔，第一孔和第二孔的轴线共线且过球心，第一孔的孔径大于第二孔的孔径，第一孔和第二孔的交汇面是过球心的平面，且该交汇面垂直于第一孔的轴线；

第一孔内填充有一个圆管，第一孔和圆管固定连接，圆管外径等于第一孔的内径，圆管内径小于第二孔的孔径，圆管两端面分别位于：第一孔和第二孔的交汇面、摆球本体的球体表面；

圆管的密度小于摆球本体的密度；

摆球本体和圆管构成的整体其质心在摆球本体的球心。

本发明还可以是这样的：摆球本体由不锈钢制成，圆管由铝制成。

本发明还可以是这样的：圆管由弹性橡胶制成。

本发明还可以是这样的：所述摆绳的结构是这样的：细绳套设有多个等间距的圆片，细绳的轴线通过圆片的圆心，细绳和圆片是固定连接，且圆片所在平面垂直于拉直状态的细绳，圆片外套设有软管，圆片边缘和软管内壁的连接方式为固定连接。

本发明还可以是这样的：细绳不是多股绞合而成的绳，而是实心的绳。

本发明还可以是这样的：细绳（5）的粗细程度为：细绳（5）的直径0.05---0.2mm；软管（7）内径1mm---2mm。

本发明还可以是这样的：圆片（6）由铝或者锡制成。

本发明还可以是这样的：圆片（6）的厚度为0.05mm---0.2mm。

本发明还可以是这样的：相邻两圆片（6）之间的距离为1mm---2mm。

本发明为动力学研究装置提出一种新的技术方案。

附图说明

图1为本发明实施例一的局部结构示意图。

图2为本发明实施例一的结构示意图。

图3为本发明实施例二的局部结构示意图。

图中1-第一孔，2-第二孔，3-摆球本体，4-圆管，5-细绳，6-圆片，7-软管。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的设计和使用进一步说明。

实施例一。

参见附图1，是本发明实施例一的局部结构示意图。该图反映了第一孔1、第二孔2的关系：摆球本体3有第一孔1、第二孔2，第一孔1和第二孔2的轴线共线且过球心，第一孔1的孔径大于第二孔2的孔径，第一孔1和第二孔2的交汇面是过球心的平面，且该交汇面垂直于第一孔1的轴线；

图2为本发明实施例一的结构示意图。第一孔1内填充有一个圆管4，第一孔1和圆管4固定连接，圆管4外径等于第一孔1的内径，圆管4内径小于第二孔2的孔径，圆管4两端面分别位于：第一孔1和第二孔2的交汇面、摆球本体3的球体表面；圆管4的密度小于摆球本体3的密度；摆球本体3和圆管4构成的整体其质心在摆球本体3的球心。

使用方法：把摆绳的一端固定在悬点，摆绳穿过圆管4，摆绳另一端连接（可以通过打结等方式）本发明所述的摆球本体球心。使用本发明所述的摆球，即使更换不同大小的摆球，摆长也不变。因为摆的悬点不变、摆球的质心就是绳的另一端-----也就是球心。这样带来的益处是：更换不同大小的摆球，不需要重新确定摆长。

从使用方法可以理解：圆管4的内径倘若等于第二孔2的孔径，摆绳很难确定连接在球心，或者摆绳容易脱落。

本发明还可以是这样的：摆球本体由不锈钢制成，圆管由铝制成。

本发明还可以是这样的：圆管由弹性橡胶制成。这样的益处是：橡胶可以形变，可以紧密的夹住摆绳，因为摆绳是穿过圆管4的孔的。

利用本发明所述的技术方案，相关领域技术人员通过常规手段可以确定摆球本体3的直径、第一孔1内径、第二孔2内径、圆管4孔径之间的数学关系。

本发明所述的摆球之所以能起到摆长不变的益处，也可以理解为：摆长在数值上等于了绳长。因为绳长是从悬点到球心，摆长也等于悬点到球心。

为了解决背景技术中所述的第二个不足和第三个不足，本发明公开以下技术方案。

实施例二：

参见附图3，是摆绳的结构示意图。

所述摆绳的结构是这样的：细绳5套设有多个等间距的圆片6，细绳5的轴线通过圆片6的圆心，细绳5和圆片6是固定连接，且圆片6所在平面垂直于拉直状态的细绳5，圆片6外套设有软管7，圆片6边缘和软管7内壁的连接方式为固定连接。

其原理是：摆动过程，圆片6发生形变，并且该形变有一部分无法恢复原状，所以能量损耗，造成单摆的振幅快速减小。

事实上，让单摆的振幅快速减小的方法非常多。比如：把摆球放在粘稠的胶水里，再比如：把摆绳换成很粗的绳。但是，这样操作，无论是从原理上，还是从视觉效果上，都和课本上分析的单摆相差甚远。

为了方便的制造本发明所述的摆绳，本发明所述的摆绳还可以是这样的：细绳5不是多股绞合而成的绳，而是实心的绳。比如钓鱼用的细绳（也被称为鱼线）。

软管可以采用塑胶管。

为进一步优化，本发明可以是这样的：

细绳5的粗细程度为：细绳5的直径0.05---0.2mm；软管7内径1mm---2mm。

圆片6由铝或者锡制成。

圆片6的厚度为0.05mm---0.2mm。

相邻两圆片6之间的距离为1mm---2mm。

采用直径为0.05mm的细绳5，软管内径1mm，圆片6由铝制成，圆片6厚度0.05mm，相邻两圆片之间的距离为1mm，可以让这样的单摆在5分钟内，振幅从8cm，减小到1cm。而采用缝衣线、鱼线，单摆的振幅从8cm减小到1cm所需时间均在20分钟以上。并且这样的摆绳还具有如下益处：单摆可以很好的在一个平面内摆动，不至于混乱或者变为圆锥摆，其原因为：让这样的摆绳（有圆片6和软管7的绳）发生扭转是较困难的（相比缝衣线、鱼线）。并且，这样的摆绳相比粗麻绳，更接近为单摆的理想模型。并且，摆动周期基本不变，或者说摆动周期在误差范围内视为不变。

使用这样的摆绳做实验，节约时间，并且提高了实验的成功率。

实验表明：细绳5直径0.2mm，或者软管7直径2mm，或者圆片6由锡制成，或者圆片厚度为0.2mm，或者相邻两圆片之间的距离为2mm，都可以起到相同的技术效果：1、振幅快速减小。2、单摆摆动易于在同一个平面。

本发明所述的摆绳配合本发明所述的摆球，还有一个益处：因为圆片6可以形变，所以，带有圆片的摆绳穿过圆管4中间的孔更紧密。

本发明为单摆的研究、演示、教学提供了一种新的技术方案。