Лабораторна робота на тему "Вивчення умов рівноваги важеля"

Лабораторна робота №11   

Тема. З’ясування умови рівноваги важеля

Мета роботи: перевірити дослідним шляхом співвідношення моментів, сил і їхніх плечей для  важеля у рівновазі, сформулювати умови рівноваги важеля.

Прилади та матеріали: учнівська лінійка, олівець, набір монет різного номіналу, таблиця співвідношення між номіналом монет та їх масою (підручник, ресурси Інтернету).

ТЕОРЕТИЧНІ ВІДОМОСТІ

Важіль - тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої опори. Його застосовують для зміни напряму й значення сили, наприклад, для зрівноваження великої сили малою. Пригадаємо основні характеристики важеля.

Вісь обертання - пряма, що проходить через нерухому точку опори важеля O і навколо якої він може вільно обертатися.

Лінія дії сили - це пряма, уздовж якої напрямлена сила.

Плече сили - найкоротша відстань від осі обертання тіла O до лінії дії сили. Плече сили позначають літерою d. Одиницею плеча сили в СІ є один метр (1 м).

Момент сили М — це фізична величина, значення якої визначають добутком модуля сили F, що обертає важіль, та її плеча d: М=Fd .

Момент сили М₁ обертає важіль проти годинникової стрілки, момент сили М₂ обертає важіль за ходом годинникової стрілки.

Для виконання експерименту в якості важеля будемо використовувати учнівську лінійку, у ролі тіл, що діють на важіль – монети. Монети тиснуть на важіль із силами ваги F=P=mg.

Під час виконання роботи будьте обережні, не використовуйте гострі предмети, розміщуйте матеріали на робочій поверхні компактно, не допускайте падіння лінійки та інших тіл.

ХІД РОБОТИ:

1. Побудуйте таблицю для запису даних експерименту:

2. На краю стола зрівноважуєте лінійку та помітьте т.О посередині лінійки вздовж лінії дотику до стола (можна добитися стійкої рівноваги лінійки покладеної на олівець).

Т.О практично співпадає з центром лінійки (10 см.). Від неї будемо відмірювати плечі сил нашого важеля. Довжина плеча –це відстань від т.О до центра монети.

3.  Виконайте завдання:

Дослід 1.

1. Кладемо з одного боку на певній відстані від осі обертання важеля монету, а з іншого боку – монету іншого номіналу.

2. Зрівноважуємо важіль, пересуваючи другу монету та вимірюємо за допомогою лінійки значення d₁ та d₂, які заносяться до таблиці. Не забуваємо переводити довжину в метри.

3. З допомогою співвідношення визначаємо маси монет та знаходимо сили, що діють на плечі важеля.

4. Обчислюємо моменти сил М₁ і М ₂, що прагнуть повертати важіль проти та за ходом годинникової стрілки.

5. Знаходимо відношення сил    та плечей  .

Дослід 2.

1. В другому досліді змінюємо з одного боку від осі монету на монету іншого номіналу та повторюємо всі дії описані в пунктах 2-5 досліду 1.

Дослід 3

1. Замінюємо обидві монети на інші та повторюємо всі дії описані в пунктах 2-5 досліду 1.

4. Зробіть висновок на основі аналізу дослідів 1-3 щодо моментів сил та співвідношення  сил і плечей. Сформулюйте умови рівноваги важеля.

Творче завдання:

Покладіть на ліве плече монету номіналом 50 копійок на відстані 8 см від осі обертання важеля та запропонуйте декілька способів знаходження її маси з допомогою монет інших номіналів.

Сформулюйте ідею та алгоритм дослідження.

Проведіть досліди та представте результати.

Контрольні запитання:

1. Чи може перебувати важіль у рівновазі, якщо сили прикласти до одного плеча?Наведіть приклади.

2. Навіщо ручки для відкривання дверей розміщують якомога дальше від петель?

3. Яке дерево (високе чи низьке) найімовірніше зламає сильний вітер? Чому?

4. Чому садові ножиці мають довші ручки, ніж канцелярські ножиці?