Номер 1, страница 356 - гдз по физике 10 класс учебник Хижнякова, Синявина

Лабораторные работы. 5. Измерение жёсткости пружины - номер 1, страница 356.

Условие.

Лабораторные работы 5. Измерение жёсткости пружины

Цель работы: определить жёсткость пружины учебного динамометра.

Средства измерения и материалы: спиральная пружина учебного динамометра, набор грузов (масса каждого груза равна $0,1 \pm 0,002$ кг), линейка ученическая, универсальный штатив с муфтой и лапкой.

Гипотеза исследования

Измерение удлинений пружины проводится при различных значениях силы тяжести. При этом модуль силы тяжести равен модулю силы упругости пружины (при условии, что грузы, подвешенные к пружине, находятся в состоянии покоя). Жёсткость пружины определяется на основе закона Гука. Максимальная абсолютная погрешность измерения жёсткости пружины определяется через относительную погрешность измерения.

Конкретизируйте гипотезу исследования, используя цель работы, средства измерения и материалы.

Порядок выполнения работы

1. Закрепите в лапке штатива конец спиральной пружины. Другой её конец снабжён стрелкой-указателем и крючком (рис. 274).

Рис. 274

Решение.

Конкретизируйте гипотезу исследования, используя цель работы, средства измерения и материалы.

Гипотезу можно конкретизировать следующим образом: удлинение спиральной пружины из набора для учебного динамометра прямо пропорционально модулю приложенной к ней силы упругости, которая, в свою очередь, равна по модулю силе тяжести подвешиваемых грузов.

Это означает, что если подвешивать к пружине последовательно один, два, три и более грузов, каждый массой $m = 0,1 \text{ кг}$, то удлинение пружины $\Delta x$, измеряемое с помощью ученической линейки, будет увеличиваться пропорционально числу грузов $\text{n}$.

Сила тяжести, действующая на $\text{n}$ грузов, равна $F_{тяж} = n \cdot m \cdot g$. В состоянии равновесия эта сила уравновешивается силой упругости пружины: $F_{упр} = F_{тяж}$.

Согласно закону Гука, $F_{упр} = k \cdot \Delta x$, где $\text{k}$ – жёсткость пружины.

Таким образом, мы предполагаем, что коэффициент жёсткости $\text{k}$, вычисляемый по формуле $k = \frac{n \cdot m \cdot g}{\Delta x}$ для каждого случая (с разным числом грузов), будет оставаться постоянной величиной в пределах погрешностей измерений массы груза ($\pm 0,002 \text{ кг}$) и удлинения (погрешность линейки).

Ответ: Если измерять удлинение пружины $\Delta x$ при подвешивании к ней различного числа $\text{n}$ стандартных грузов массой $m = 0,1 \text{ кг}$, то отношение действующей силы тяжести $F_{тяж} = n \cdot m \cdot g$ к вызванному ею удлинению $\Delta x$ будет величиной постоянной. Эта величина и есть искомая жёсткость пружины $\text{k}$, которая не зависит от величины деформирующей силы в пределах упругости.