Пристрій для демонстрації властивостей механічних хвиль на поверхні води

Реферат: Пристрій для демонстрації властивостей механічних хвиль на поверхні води включає блок живлення, хвильову ванну, освітлювач, вібратор, причому блок живлення має низький рівень напруги пристрою, введені два блоки релаксаційних генераторів на інтегральній мікросхемі, до одного з котрих підключено блоки регулювання частоти генерації імпульсів у режимі "грубо" та у режимі "точно", вихід на блок світлодіодів, до якого підключено блок регулювання яскравості освітлення та блок охолодження світлодіодів, а до другого генератора підключено блоки регулювання у режимі "грубо" та режимі "точно" та електромеханічний вібратор. UA 104643 U (12) UA 104643 U UA 104643 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до галузі навчальних демонстраційних приладів з фізики і може бути використана для демонстрації та дослідження основних характеристик механічних хвиль на поверхні води. Відома конструкція, яка використовувалась для демонстрації властивостей механічних хвиль на поверхні води (Проектор хвильовий "ПВ" виробництва підприємства Главучтехпрома), складається з корпусу, блока живлення, оптичної системи, освітлювача та механічної системи для отримання стробоскопічного ефекту, хвильової ванни та електромеханічного вібратора з набором насадок. Недоліком даного пристрою є: нестабільність роботи вібратора та механічної системи освітлювача, недостатня потужність освітлювача для проекції хвиль, що не дозволяє отримати якісне зображення хвиль, відсутність точного налаштування частоти спалахів освітлювача та коливань вібратора, мала площа ванни, живлення приладу здійснюється мережевою напругою 220В, 50Гц. Найбільш близьким за технічною суттю, до пропонованої корисної моделі, є пристрій, який взятий за прототип, описаний в мережі Internet http://l-microrus.ru/catalog/274/2597/. Пристрій містить блок живлення, хвильову ванну з вбудованим екраном та закріпленим зверху освітлювачем з стробоскопічним диском. На корпус хвильової ванни закріплено вібратор, який є джерелом виникнення на поверхні води механічних хвиль. Недоліком пристрою є: великі габарити, нестабільність роботи із за використання в освітлювачі механічного диску, завдяки якому досягається стробоскопічний ефект. Лампа потужністю 100 W в освітлювачі працює у постійному режимі і тому сильно нагрівається. Наявність вбудованого дзеркала для проектування хвиль ускладнює конструкцію пристрою. Також, до недоліків належить те, що живлення пристрою здійснюється мережевою напругою 220 В. В основу корисної моделі поставлена задача: вдосконалити пристрій для демонстрації властивостей механічних хвиль на поверхні води шляхом введення релаксаційних генераторів на інтегральній мікросхемі та світлодіодах, що забезпечує точність вимірювань та об'єктивність одержаних даних за допомогою індикатора частотоміру, розширює функціональні можливості пристрою без додаткового обладнання та приладів. Пристрій адаптовано до використання у навчальному процесі за принципами безпеки, наочності, малогабаритності та відповідності сучасним вимогам. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для демонстрації властивостей механічних хвиль на поверхні води, що включає блок живлення, хвильову ванну, освітлювач, вібратор, відповідно до пропонованої корисної моделі, блок живлення має низький рівень напруги пристрою, введенні два блоки релаксаційних генераторів на інтегральній мікросхемі, до одного з котрих підключено блок регулювання частоти генерації імпульсів у режимі "грубо" та у режимі "точно", вихід на блок світлодіодів, до якого підключено блок регулювання яскравості і освітлення та блок охолодження світлодіодів, а до другого генератора підключено блоки регулювання у режимі "грубо" та у режимі "точно", та електромеханічний вібратор. Включення в пристрій релаксаційних генераторів зібраних на інтегральній мікросхемі NE555 дозволяє стабільно отримувати спалахи світлодіодів у двох частотних діапазонах: від 1-10 Гц та від 10-100 Гц з кроком 1 Гц. При виборі частоти 65 Гц і більше перевагою пристрою стає можливість його використання як звичайний проекційний апарат для інших демонстрацій. В залежності від затемнення приміщення можливо підібрати необхідну освітленість екрану. Наявність блока охолодження світлодіодів дозволяє запобігти перегріву світлодіодів та виходу їх з ладу. Встановлений у блоці охолодження кулер (не показано), починає працювати завчасно вже при температурі 35 С°, так як оптимальною для потужних світлодіодів вважається температуpa 45-50 C°. Зв'язок релаксаційного генератора з частотоміром дозволяє спостерігати частоту спалахів світлодіодів. Другий релаксаційний генератор на інтегральній мікросхемі NE5 55 підключається до вібратора механічних коливань, який за допомогою перемикача має двочастотні діапазони: від 1-10 Гц та від 10-100 Гц з кроком 1 Гц. Для забезпечення безпечного використання приладу учнями, блок живлення розрахований на напругу мережі 42 В. Введення нових елементів пристрою зібраних на сучасній елементній компонентній базі суттєво зменшили габаритні характеристики порівняно з прототипом. Суть корисної моделі пояснюється наступними кресленнями, де на Фіг. 1 показана блок схема пристрою; на Фіг. 2 - функціональна схема для демонстрації властивостей механічних хвиль. Блок-схема включає: блок 1 живлення; блок 2 регулювання частоти генерації імпульсів генератора 5 у режимі "грубо"; блок 3 регулювання частоти генерації імпульсів генератора 5 у 1 UA 104643 U 5 10 15 20 25 режимі "точно"; блок 4 регулювання яскравості освітлення шляхом підключення різної кількості світлодіодів у блоці 7; блок 5 релаксаційного генератора, який генерує прямокутні імпульси та подає їх до блоку 7 світлодіодів, блок 6 вимірювання частоти, який вимірює та відображає частоту генерації імпульсів утворених релаксаційним генератором 5; блок 7 світлодіодів; блок 8 охолодження світлодіодів, який в автоматичному режимі охолоджує блок 7 світлодіодів; блок 9 релаксаційного генератора, який генерує прямокутні імпульси, які забезпечують роботу вібратора 12; блок 10 регулювання частоти генерації імпульсів генератора 9 у режимі "грубо", блок 11 регулювання частоти генерації імпульсів генератора 9 у режимі "точно" і електромеханічний вібратор 12. Пристрій працює наступним чином. Релаксаційний генератор 5, який виконано на інтегральній мікросхемі генерує прямокутні імпульси та подає їх до блоку 7 світлодіодів, які освітлюють поверхню розсіювальної лінзи та встановлену зверху хвильову ванну. Освітленість поверхні регулюється перемикачем. Частота імпульсів генератора 5 регулюється перемикачем і резистором та відображається на індикаторі частотоміру. Охолодження світлодіодів здійснюється блоком 8 охолодження, який складається з автоматичного регулятора обертів, основою якого є датчик температури та кулеру (не показано) для охолодження світлодіодів. Другий релаксаційний генератор 9 генерує прямокутні імпульси, згідно із заданою частотою, перемикачем та резистора, подає їх до електромеханічного вібратора 12, який утворює на поверхні води у хвильовій ванні механічні хвилі, які, за допомогою об'єктива, розташованого на штативі, проектує зображення на екран. При виконанні демонстраційного лабораторного експеримента студенти та учні можуть спостерігати, досліджувати властивості механічних хвиль, утворених на поверхні води та вимірювати їх основні характеристики. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 30 35 Пристрій для демонстрації властивостей механічних хвиль на поверхні води, що включає блок живлення, хвильову ванну, освітлювач, вібратор, який відрізняється тим, що блок живлення має низький рівень напруги пристрою, введені два блоки релаксаційних генераторів на інтегральній мікросхемі, до одного з котрих підключено блоки регулювання частоти генерації імпульсів у режимі "грубо" та у режимі "точно", вихід на блок світлодіодів, до якого підключено блок регулювання яскравості освітлення та блок охолодження світлодіодів, а до другого генератора підключено блоки регулювання у режимі "грубо" та режимі "точно" та електромеханічний вібратор. 2 UA 104643 U Комп’ютерна верстка А. Крижанівський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3