直线运动中速度的测量
(本文内容选自高等教育出版社《大学物理实验》)
伽利略(Galileo,1564——1642)是第一个对自由落体运动进行定量研究的科学家。为了将匀加速运动与自由落体运动联系起来,他指出,物体沿斜面的运由于气垫能极大地减小物体之间的摩擦,使物体作近似无摩擦运动,因此在机械、纺织、运输等工业领域都得到了广泛的应用。利用气垫技术制造的气垫船、气垫输送线、空气轴承等,可以减小机械摩擦,从而提高速度和机械效率,延长使用寿命。
在物理实验中采用气垫技术,可使物体在气垫导轨上运动,由于气垫可以把物体托浮起来,使运动的接触摩擦大大减小,从而可以进行一些较精确的定量研究以及验证某些物理规律。
气垫导轨是一个一端封闭的中空长直导轨,导轨表面有很多小气孔,压缩空气从小孔中喷出,~,即气垫,依靠这层气垫和大气的压差将滑块托起,使滑块在气轨上作近似无摩擦的运动。全套设备包括导轨、气源、计时系统三大部分,下面分别介绍它们的原理和结构。
导轨
导轨采用角铝合金型材,为了加强刚性,不易变形,将角铝合金型材固定在工字钢上。~,导轨面宽为40mm,上面钻有两排等距离排列的小孔,孔距约为20~25mm,~,在供气量充足的条件下,孔径越大,喷气量也越大,因此浮重和浮高性能也越好。
气源
气源是向气垫导轨管腔内输送压缩空气的设备。要求气源有气流量大、供气稳定、噪音小、能连续工作的特点,一般气源有空气压缩机、专用小型气源(或吸尘器)和高压风机等。一般实验室宜采用小型气源或高压风机。专用小型气源的价格便宜、移动方便,适于单机工作。气垫导轨的进气口用橡皮管和气源相连,进入导轨内的压缩空气,由导轨表面上的小孔喷出,从而托浮起滑块,。专用小型气源电动机转速较高,容易发热,不能长时间连续开机。
计时系统
目前气垫导轨的计时系统主要有数字毫秒计和电脑计数器。光电门由光电元件(发光二极管)和小聚光灯泡组成。安装方式有门式结构和单边式结构。门式结构是把光敏二极管和小灯泡通过一门式框架横跨在导轨两侧,这种结构在制造安装时都很方便。缺点是有时挡光后会把光电门碰倒,撞在导轨上造成划痕,影响导轨精度和使用寿命。单边式结构是把光电门安装在导轨一侧带刻度的滑尺上,光敏二极管和小灯泡是上下安装,这种结构比较合理,便于测量。
数字毫秒计(或多用数字测试仪、多通道计数器等)是一种精密的电子计时仪器,-2所示。被测信号由传感器输入控制电路。石英振荡器作为信号源不断产生标准时基信号输入控制电路。两者输入后由控制电路发出指令,由液晶数码管显示数据。计时过程是:当滑块上的挡光片前缘刚挡光时,光电门就输出一个光电脉冲,使控制电路发出一个启动信号,打开计数器的门,时钟脉冲开始进入计数器,使它不停地计数,当挡光片再次挡光时,光电门(或另一光电门)又输出一个光电脉冲,使控制器发出一个止动信号,关闭计数器的门,计数器停止计数。所计的脉冲数通过寄存器和译码器,最后在显示器上直接显示出时间。-3所示。
气垫导轨的调平
仪器在开箱后,安装完毕,由于运输、安装会使导轨的平直度发生变化,一定要按说明书重新调整导轨
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