Подготовка к работе, страница 27 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Филонович, Петрова

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

ИССЛЕДОВАНИЕ СИЛЫ УПРУГОСТИ

Цель работы: ________

Приборы и материалы: ________

ПОДГОТОВКА К РАБОТЕ

Повторите по учебнику тему «Сила упругости. Закон Гука».

Ответьте на вопросы

1. Что называют деформацией тела?

2. Что такое сила упругости?

3. Что такое жёсткость тела?

Ожидаемые результаты (Будет ли меняться длина пружины при подвешивании к ней дополнительных грузов? Во сколько раз изменится удлинение пружины при подвешивании груза вдвое большей массы; втрое большей массы?)

Цель работы: Экспериментально исследовать зависимость силы упругости от величины деформации пружины, проверить справедливость закона Гука и определить коэффициент жёсткости пружины.

Ответ: Целью работы является экспериментальная проверка закона Гука и определение жёсткости пружины.

Для выполнения лабораторной работы необходимы следующие приборы и материалы: штатив с муфтой и лапкой, исследуемая пружина, набор грузов известной массы, линейка.

Ответ: Штатив, пружина, набор грузов, линейка.

Деформацией тела называют любое изменение его формы или размеров под действием внешних сил или других факторов (например, изменения температуры). Деформации могут быть упругими, когда тело полностью восстанавливает свою первоначальную форму и размеры после прекращения внешнего воздействия, и пластическими (остаточными), когда после снятия нагрузки тело остается деформированным.

Ответ: Деформация – это изменение формы или размеров тела под действием внешних сил.

Сила упругости – это сила, которая возникает в теле в результате его деформации и стремится вернуть тело в его первоначальное, недеформированное состояние. Она направлена в сторону, противоположную смещению частиц тела при деформации. Для малых упругих деформаций растяжения или сжатия модуль силы упругости прямо пропорционален модулю изменения длины тела, что выражается законом Гука: $F_{упр} = k |\Delta x|$.

Ответ: Сила упругости – это сила, возникающая при деформации тела и стремящаяся вернуть его в исходное состояние.

Жёсткость тела (или коэффициент упругости) – это физическая величина, характеризующая способность тела сопротивляться упругой деформации. Коэффициент жёсткости $\text{k}$ численно равен силе, которую необходимо приложить к телу, чтобы его удлинение изменилось на единицу. Он рассчитывается по формуле $k = \frac{F}{|\Delta x|}$. В системе СИ жёсткость измеряется в ньютонах на метр (Н/м). Жёсткость зависит от материала, формы и геометрических размеров тела.

Ответ: Жёсткость – это физическая величина, характеризующая упругие свойства тела, равная отношению силы упругости к вызванной ею деформации.

При подвешивании к пружине дополнительных грузов её длина будет увеличиваться. Это происходит потому, что сила тяжести, действующая на грузы, растягивает пружину. Увеличение силы тяжести приводит к увеличению удлинения пружины.

Чтобы определить, во сколько раз изменится удлинение, проведем расчет.

Дано:

Начальная масса груза: $m_1$

Удлинение для массы $m_1$: $\Delta x_1$

Масса второго груза: $m_2 = 2m_1$

Масса третьего груза: $m_3 = 3m_1$

Найти:

Отношение удлинений $\frac{\Delta x_2}{\Delta x_1}$

Отношение удлинений $\frac{\Delta x_3}{\Delta x_1}$

Решение:

Когда груз подвешен на пружине и находится в состоянии покоя, сила упругости $F_{упр}$, возникающая в пружине, уравновешивает силу тяжести $F_{тяж}$, действующую на груз. По условию равновесия:

$F_{упр} = F_{тяж}$

Сила тяжести находится по формуле $F_{тяж} = mg$, где $\text{m}$ – масса груза, а $\text{g}$ – ускорение свободного падения.

Согласно закону Гука, сила упругости равна $F_{упр} = k \Delta x$, где $\text{k}$ – жёсткость пружины, а $\Delta x$ – её удлинение (изменение длины).

Приравнивая выражения для сил, получаем: $k \Delta x = mg$.

Из этого уравнения можно выразить удлинение: $\Delta x = \frac{mg}{k}$.

Как видно из формулы, удлинение пружины $\Delta x$ прямо пропорционально массе подвешенного груза $\text{m}$ (так как $\text{g}$ и $\text{k}$ – постоянные величины).

Для первого груза массой $m_1$ удлинение равно $\Delta x_1 = \frac{m_1g}{k}$.

Для второго груза массой $m_2 = 2m_1$ удлинение будет $\Delta x_2 = \frac{m_2g}{k} = \frac{(2m_1)g}{k} = 2 \cdot \frac{m_1g}{k} = 2\Delta x_1$.

Для третьего груза массой $m_3 = 3m_1$ удлинение будет $\Delta x_3 = \frac{m_3g}{k} = \frac{(3m_1)g}{k} = 3 \cdot \frac{m_1g}{k} = 3\Delta x_1$.

Таким образом, при увеличении массы груза в 2 раза удлинение пружины также увеличится в 2 раза. При увеличении массы в 3 раза удлинение увеличится в 3 раза.

Ответ: Да, длина пружины будет меняться. При подвешивании груза вдвое большей массы удлинение пружины увеличится в 2 раза. При подвешивании груза втрое большей массы удлинение пружины увеличится в 3 раза.