机械逻辑计算器的制作介绍

机械逻辑计算器的制作介绍金彪（浙江省上虞市春晖中学312353）机械逻辑计算器是一个用机械方法演示“与”和“或”逻辑关系的装置。如图1为与门，当输入都为1时，输出为1，如图1A；当输入为1和0、0和1、都是0时，输出都为0，如图1的B、C、D所示。而将本装置翻过来恰好是或门，如图2。本实验在浙江省物理年会上介绍获得与会专家好评，并获得一等奖。实物照片如图3所示。一、材料：①、7×20cm2的长木板2块；②、7×26cm2的长木板2块；③、21×26cm2的方三夹板2块；④、8×12cm2的三夹板6块；⑤、长为7cm×2cm×2cm的方木条6条；⑥、8cm长的窄钢片2片；⑦、边长为2cm小磁铁2块；⑧、长度30cm直径2cm的PVC管3支；⑨、长度20cm直径2.2cm的PVC管3支；⑩、橡皮筋、小铁钉、软包装带、自攻螺丝、单面胶、双面胶各若干。二、工具木工锯、刨、锉、钻、螺丝刀、墙纸刀。三、组装1、在长木板②上适当位置钻三个直径为2.1cm的小孔，如图4所示；2、将长木板①与②钉成21cm×26cm的长方形框架；3、将PVC管⑨放入框架内，将PVC管⑧穿过方框上的小孔，再穿过PVC管⑨，形成如图5所示的结构，图中带斜纹的小方块为固定在管子正下方的两块小磁铁，再将套在一起的两根管子用自攻螺丝固定连接，使各管子成为可以在小孔中转动但不会从小孔中穿出来的转轴；4、在框架内，用两条适当长度的包装带将三根转轴连接起来，左视示意图如图6A所示，其中箭≥1000≥101111≥1101≥111111ABCD&111&10101&01101&010101ABCD图1图2图4ABC图6图5头位置表示包装带和转轴的连接点，可以用单面胶或双面胶连接，而带子间不连接；5、如步骤4，将包装带改换成橡皮筋，也连接到转轴上，左视示意图如图6B所示；6、将窄钢片⑥分别固定在上下两根转轴上，左视示意图如图6C所示，固定好后框架内整体前视效果图如图7，其中粗的表示包装带，细的表示橡皮筋，带斜纹的分别为窄钢片和磁铁；7、将三夹板④、方木条⑤钉成相同的3块8×12×2cm3的中空方木块，将这三块方木块套装在框架外的细管上，用自攻螺丝固定；再将三夹板③覆盖在框架上；8、在其正面标上“1”、“1”、“&”、“1”，如图1A所示，在其反面标上“0”、“0”、“≥1”、“0”，如图2A。四、美化上漆、贴膜、贴标记。五、工作原理如图1A所示，其内部左视示意图为图6，规定从上到下三根转轴分别为a、b、c。由于钢片和磁铁的位置关系，输入端从1变到0需逆时针转动转轴180°（从左侧看，且下面都是从左侧看）。由于包装带的传动作用，不管a还是c逆时针转动180°，转轴b都会随之逆时针转动180°，当a、c都转动180°时，正面显示如图1D。此时如将a顺时针转转180°，那么与a连接的橡皮筋对b有一个顺时针转动的力矩，但由于与c连接的包装带的作用，b无法随之转动，这时正面显示如图1C所示。本装置就是靠包装带的刚性传动和橡皮筋的弹性传动结合，实现机械逻辑运算关系的。六、特点从现象上看，本装置比课本实验简单，可以加深学生的记忆；从原理上看，本装置比课本实验复杂，这对培养学生机械制作的兴趣、提高学生机械设计的能力有积极影响。如果将本装置多个连接在一起，则可以演示更复杂的逻辑运算。图7