Тренировочные задания, страница 86 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 11. Правило равновесия рычага. Нахождение и сравнение моментов сил - страница 86.

Условие.

Лабораторная работа № 11

Правило равновесия рычага.

Нахождение и сравнение моментов сил

Цель работы: _________

Прочитайте описание работы в учебном пособии и повторите § 23, п. 2, 4. Из предложенного оборудования (рис. 1) выберите то, которое понадобится вам для проверки правила равновесия рычага и измерения действующих на рычаг моментов сил. Отметьте выбранные приборы и материалы галочками в квадратах.

Рис. 1

Тренировочные задания

1. Каждой физической величине, указанной в левой колонке, поставьте в соответствие её единицу из правой колонки. Запишите выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА	ЕДИНИЦА ВЕЛИЧИНЫ
А) Сила	1) м (метр)
Б) Момент силы	2) кг/м3 (килограмм на метр кубический)
В) Плечо силы	3) Н·м (ньютон-метр)
Г) Масса	4) Н (ньютон)
Д) Длина	5) кг (килограмм)

Ответ:

А	Б	В	Г	Д

2. На рисунке 2 изображён рычаг. В точке 1 приложена сила $\vec{F}_1$, равная по модулю 4 Н. В точке 2 прикладывают направленную вниз силу $\vec{F}_2$. При этом рычаг находится в равновесии.

а) Чему равно отношение плеч сил $l_2 / l_1$?

б) Чему равен модуль силы $\vec{F}_2$?

Рис. 2

Решение.

Тренировочные задания

1. Каждой физической величине, указанной в левой колонке, поставьте в соответствие её единицу из правой колонки. Запишите выбранные цифры под соответствующими буквами. Цифры в ответе могут повторяться.

А) Сила — физическая векторная величина, являющаяся мерой воздействия на тело со стороны других тел. В Международной системе единиц (СИ) измеряется в ньютонах (Н). Следовательно, А соответствует 4.

Б) Момент силы (также называемый крутящим моментом) характеризует вращательное действие силы на твердое тело. Он равен произведению модуля силы на её плечо ($M = F \cdot l$). Единица измерения в СИ — ньютон-метр (Н·м). Следовательно, Б соответствует 3.

В) Плечо силы — это кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы. Это мера длины, и в СИ она измеряется в метрах (м). Следовательно, В соответствует 1.

Г) Масса — мера инертности тела, одна из основных физических величин. В СИ измеряется в килограммах (кг). Следовательно, Г соответствует 5.

Д) Длина — физическая величина, характеризующая протяженность. В СИ измеряется в метрах (м). Следовательно, Д соответствует 1.

В итоге получаем следующую последовательность цифр: 43151.

Ответ: 43151.

2. На рисунке 2 изображён рычаг. В точке 1 приложена сила $\vec{F_1}$, равная по модулю 4 Н. В точке 2 прикладывают направленную вниз силу $\vec{F_2}$. При этом рычаг находится в равновесии.

а) Чему равно отношение плеч сил $\frac{l_2}{l_1}$?

Дано:

Рычаг в равновесии (рис. 2).
Пусть длина одного деления на рычаге равна $\text{d}$.
Плечо силы $\vec{F_1}$: $l_1 = 2d$
Плечо силы $\vec{F_2}$: $l_2 = 1d$

Величины заданы в условных единицах. Для нахождения отношения перевод в СИ не требуется.

Найти:

$\frac{l_2}{l_1}$ - ?

Решение:

Плечо силы — это расстояние от точки опоры до точки приложения силы, измеренное перпендикулярно линии действия силы. Так как силы на рисунке перпендикулярны рычагу, плечи сил равны расстояниям от точки опоры до точек приложения сил вдоль рычага.
Из рисунка 2 видно, что расстояние от точки опоры (треугольника) до точки 1 составляет 2 деления ($l_1 = 2d$), а расстояние от точки опоры до точки 2 составляет 1 деление ($l_2 = 1d$).
Найдем отношение этих плеч:
$\frac{l_2}{l_1} = \frac{1d}{2d} = \frac{1}{2} = 0.5$

Ответ: отношение плеч сил $\frac{l_2}{l_1}$ равно 0.5.

б) Чему равен модуль силы $\vec{F_2}$?

Дано:

$F_1 = 4$ Н
$l_1 = 2d$
$l_2 = 1d$

Сила $F_1$ дана в единицах СИ. Перевод не требуется.

Найти:

$F_2$ - ?

Решение:

Рычаг находится в равновесии, когда сумма моментов сил, вращающих его по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки. Это правило равновесия рычага.
Сила $\vec{F_1}$ создает момент $M_1$, вращающий рычаг против часовой стрелки: $M_1 = F_1 \cdot l_1$.
Сила $\vec{F_2}$ создает момент $M_2$, вращающий рычаг по часовой стрелке: $M_2 = F_2 \cdot l_2$.
Условие равновесия: $M_1 = M_2$
$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$
Выразим из этого равенства искомую силу $F_2$:
$F_2 = F_1 \cdot \frac{l_1}{l_2}$
Подставим числовые значения:
$F_2 = 4 \, \text{Н} \cdot \frac{2d}{1d} = 4 \, \text{Н} \cdot 2 = 8 \, \text{Н}$

Ответ: модуль силы $\vec{F_2}$ равен 8 Н.