Вивчення руху тіл по похилій площині та визначення ККД

Фастівський ліцей-інтернат

 

 

 

 

 

 

Розширення можливостей лабораторної роботи: «Вивчення руху тіл по похилій площині та визначення її ККД»

 

 

 

 

 

Коміренко Михайло Митрофанович

– вчитель фізики, Народний вчитель України

Ярошко Леонід Михайлович – вчитель фізики

Науменко Оксана Вікторівна – вчитель фізики і астрономії

 

 

 

 

Фастів 2014

Розширення можливостей лабораторної роботи: «Вивчення руху тіл по похилій площині та визначення її ККД»

 

Мета роботи: вивчити, які сили діють на тіло, що рухається по похилій площині; визначити ККД похилої площини і з’ясувати його залежність від висоти похилої площини, з’ясувати залежності ККД від нахилу шляху, по якому піднімається тіло та роду стичних поверхонь, а також від швидкості руху тягарця та роду руху (ковзання, кочення).

 

Прилади та матеріали: похила площина, брусок з набором підошв до нього (гума, алюміній , органічне скло та інше), вагою від 1Н до 10Н, шкільний динамометр, блок, лінійка з міліметровими поділками, транспортир, штатив , дерев’яний циліндр.

 

Теоретичні відомості

 

У всякого механізма, внаслідок тертя між рухомими його частинами виконується зайва, некорисна робота. Тому повна робота більша від корисної і про вигідність застосування різних машин можна судити, коли обчислити, яку частину всієї затраченої роботи становить корисна робота, це і є ККД похилої площини.

 

 

 

Мал. 1

Корисна робота обчислюється так:

                    

Затрачена робота обчислюється так:

,                  де

, при рівномірному русі тіла по похилій площині,

, при русі тіла по похилій площині з прискоренням;

е

Трьом групам учнів пропонується визначити ККД для однієї і тієї ж площини при русі по ній бруска (дерево по дереву, гума по дереву) і кочення (дерево по дереву).

Результати оформимо в таблиці

 

 

Таблиця №1

 Брусок (дерево по дереву)

№, п/п		h, м	mg, H	, Дж	l, м	, H	, Дж
1	10	0,1	1,1	0,11	0,6	0,4	0,24	0,46
2	20	0,2	1,1	0,22	0,6	0,7	0,42	0,52
3	30	0,3	1,1	0,33	0,6	0,9	0,54	0,61
4	42	0,4	1,1	0,44	0,6	1	0,60	0,73
5	56	0,5	1,1	0,55	0,6	1,1	0,66	0,83
6	66	0,55	1,1	0,61	0,6	1,1	0,66	0,92

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблиця №2

 Брусок (гума по дереву)

№, п/п		h, м	mg, H	, Дж	l, м	, H	, Дж
1	10	0,1	1,1	0,11	0,6	0,8	0,42	0,26
2	20	0,2	1,1	0,22	0,6	1,0	0,60	0,37
3	30	0,3	1,1	0,33	0,6	1,1	0,66	0,50
4	42	0,4	1,1	0,44	0,6	1,1	0,66	0,67
5	56	0,5	1,1	0,55	0,6	1,1	0,66	0,83
6	66	0,55	1,1	0,61	0,6	1,1	0,66	0,92

 

 

 

 

Таблиця №3

 Циліндр, рівний по масі бруска (дерево по дереву)

№, п/п		h, м	mg, H	, Дж	l, м	, H	, Дж
1	10	0,1	1,1	0,11	0,6	0,2	0,12	0,92
2	20	0,2	1,1	0,22	0,6	0,4	0,24	0,92
3	30	0,3	1,1	0,33	0,6	0,6	0,36	0,92
4	42	0,4	1,1	0,44	0,6	0,8	0,48	0,92
5	56	0,5	1,1	0,55	0,6	0,95	0,57	0,96
6	66	0,55	1,1	0,61	0,6	1,05	0,63	0,97

 

 

 

 

 

 

 

За даними таблиць №1,2,3 будуємо графіки залежності ККД від висоти похилої площини.

Мал. 2 Гума по дереву (брусок /ковзання)

 

 

 

 

 

Мал. 3 Дерево по дереву (брусок / ковзання)

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 4 Дерево по дереву (циліндр / кочення)

 

 

 

 

 

 

 

 

Накреслимо графіки залежності сили тяги від висоти похилої площини

Мал. 5 Гума по дереву (брусок /ковзання)

 

 

 

 

 

 

Мал. 6 Дерево по дереву (брусок / ковзання)

 

 

 

 

 

 

 

 

Мал. 7 Дерево по дереву (циліндр / кочення)

 

 

 

 

 

 

 

Виходячи з таблиць №1-3 і графіків на малюнках №№2-7, робимо наступні висновки:

1.ККД залежить від висоти похилої площини при сталій її довжині. Чим більша висота, тим більший ККД.

2. Чим більший коефіцієнт тертя при русі тіл по похилій площині, тим менший ККД.

3. По похилій площині  найкраще  піднімати вантаж, який котиться по ній, при всіх однакових інших умовах.

4. При рівномірному русі тіл по похилій площині виграш в силі тим більший, чим менша висота (при всіх інших однакових умовах).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Завдання 1. Чи залежить ККД похилої площини від маси тіла, що піднімається по ній ( при всіх інших однакових умовах).

Таблиця №4

Дерево по дереву (брусок –ковзання)

№, п/п	mg, H	F, Н	, Дж	, Дж
1	2,1	0,8	0,21	0,48	0,44
2	2,1	1,3	0,42	0,78	0,54
3	2,1	1,6	0,63	0,96	0,66
4	2,1	1,8	0,84	1,08	0,78
5	2,1	2,1	1,05	1,26	0,83
6	2,1	2,1	1,16	1,26	0,92

 

Висновок 5. Порівнюючи таблиці №1 і №4 робимо висновок:ККД не залежить від маси вантажу, що піднімається по похилій площині (при всіх інших однакових умовах).

 

 

Завдання 2. Чи залежить ККД похилої площини від довжини похилої площини?

Таблиця №5

№, п/п		h, м	mg, H	, Дж	l, м	F, Н	, Дж
1	10	0,2	1,1	0,22	1,2	0,40	0,48	0,46
2	20	0,4	1,1	0,44	2,4	0,35	0,84	0,52

 

Висновок 6. Порівнюючи таблиці №1 і №5 робимо висновок:ККД похилої площини не залежить від довжини похилої площини.

 

Завдання 3. Визначити ККД похилої площини при русі тіла по похилій площині з прискоренням.

Таблиця №6

№ п/п		h, м	mg, H	, Дж	l, м	F, Н	, Дж
1	66	0,55	1,1	0,61	0,6	1,3	0,78	0,78

Висновок 7. При русі тіла по похилій площині з прискорення ККД менший тоді, коли тіло рухається з прискоренням (для таблиць №1 і №6)

Через те, що

За другим законом Ньютона

Завдання 4. Визначити коефіцієнт тертя дерева по дереву і гуми по дереву.

Визначимо

, а

звідси

, де

.

Аналогічно гума по дереву

Завдання 5. При якій висоті (таблиця №2), брусок буде вільно ковзати по похилій площині?

При цій умові

h=0,23 (м)

 

Завдання 6. Перевірити завдання 5 на досліді, встановивши висоту похилої площини 0,23 м.

Завдання 7. Як будуть змінюватися сили і N із збільшенням кута нахилу похилої площини.

Завдання 8. Яку силу потрібно прикласти, щоб рівномірно вкотити на автомашину дерев’яні бочки, масою 200 кг, якщо висота борта 1,2 м, довжина дошки 5м. (Див. таблицю 3).

 

Таким чином, робота «Вивчення руху тіл по похилій площині та визначення ККД» запропонованим методом дає можливість учням вивчити, повторити і узагальнити матеріал:

1. Розклад сил на складові та знаходження їх.
2. Роботу проти сили тяжіння і сили тертя.
3. Коефіцієнт корисної дії.
4. Залежність ККД похилої площини від її висоти, виду руху та роду стичних поверхонь.
5. Визначення сили динамометром.
6. Порівняти дані таблиці і графіків; робити з них висновки.
7. Визначити прискорення руху тіла за дослідними даними.
8. Визначити коефіцієнт тертя в більш складних умовах, ніж було в 8 класі.
9. Встановити умову і перевірити дослідним шляхом, коли тіло вільно ковзає по похилій площині.