Номер 1, страница 240 - гдз по физике 10 класс учебник Мякишев, Синяков

Параграф 3.9. Закон Гука. Глава 3. Силы в механике. Динамика - номер 1, страница 240.

Условие.

? 1. Придумайте эксперимент, демонстрирующий выполнение закона Гука.

Решение.

Для демонстрации закона Гука можно провести следующий эксперимент, целью которого является исследование зависимости силы упругости от величины деформации упругого тела, например, пружины.

Необходимое оборудование:

Для проведения эксперимента понадобятся: штатив с муфтой и лапкой, исследуемая пружина, набор грузов известной массы (например, по 100 г), измерительная линейка.

Порядок выполнения эксперимента:

Сначала необходимо закрепить пружину в лапке штатива в вертикальном положении. Рядом с ней следует расположить вертикально линейку для измерения длины. Первым шагом измеряется начальная длина пружины в недеформированном состоянии $l_0$. Затем к свободному концу пружины подвешивается первый груз массой $m_1$. Под действием силы тяжести $F_1 = m_1g$ пружина растянется. После установления равновесия сила упругости пружины $F_{упр1}$ уравновесит силу тяжести, то есть $F_{упр1} = F_1$. В этом положении измеряется новая длина пружины $l_1$, и вычисляется её удлинение $\Delta l_1 = l_1 - l_0$. Далее эксперимент повторяется: к пружине последовательно добавляются грузы, увеличивая общую массу ($m_2, m_3, ...$). Для каждой массы измеряется соответствующая длина пружины ($l_2, l_3, ...$) и вычисляется удлинение ($\Delta l_2, \Delta l_3, ...$). Полученные данные (значения силы $F$ и соответствующие им удлинения $\Delta l$) заносятся в таблицу.

Анализ результатов и вывод:

На основе данных из таблицы строится график зависимости силы упругости $F_{упр}$ от удлинения $\Delta l$. По оси ординат (вертикальной) откладывается сила, а по оси абсцисс (горизонтальной) — удлинение. Если закон Гука выполняется, то экспериментальные точки на графике должны лечь на прямую линию, проходящую через начало координат. Такой вид графика доказывает наличие прямой пропорциональной зависимости между силой упругости и удлинением пружины. Это и есть суть закона Гука, который математически выражается формулой $F_{упр} = k \cdot \Delta l$, где $k$ — коэффициент жесткости пружины.

Ответ: Эксперимент, демонстрирующий закон Гука, заключается в следующем: к вертикально подвешенной пружине последовательно подвешивают грузы различной массы и измеряют соответствующее удлинение пружины. Затем строят график зависимости силы упругости (равной силе тяжести грузов) от удлинения. Прямолинейный характер этого графика, проходящего через начало координат, подтверждает прямую пропорциональность между силой и удлинением, что и является утверждением закона Гука.