Ход работы, страница 88 - гдз по физике 7 класс тетрадь для лабораторных работ Генденштейн, Булатова

Лабораторная работа № 11. Правило равновесия рычага. Нахождение и сравнение моментов сил - страница 88.

Условие.

Ход работы

1. Условие равновесия рычага.

• Сделайте схематический рисунок экспериментальной установки для проверки правила равновесия рычага.
• Закрепите ось рычага в лапке штатива и уравновесьте его с помощью регулировочных гаек на его концах.
• Измерьте вес $\text{P}$ «гирлянды» из нескольких грузов и запишите результат измерений с указанием погрешности в таблицу.

P, Н	$l_1$, м	F, Н	$l_2$, м	$\frac{P}{F}$	$\frac{l_2}{l_1}$	$M_1$, Н·м	$M_2$, Н·м

• Удерживая рычаг рукой в горизонтальном положении, подвесьте к нему на некотором расстоянии от оси «гирлянду» грузов с известным весом. Уравновесьте рычаг, прикладывая к нему с помощью динамометра направленную вертикально вниз силу $\vec{F}$. Запишите результат измерений с указанием погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.
• Измерьте плечи двух сил $l_1$ и $l_2$, приложенных к рычагу по разные стороны от оси, когда рычаг находится в равновесии, и запишите результаты в таблицу с указанием погрешности¹.
• Повторите опыт ещё 2 раза, изменяя положение точки подвеса грузов и их число. Результаты опытов запишите в таблицу.
• Найдите отношения $\frac{P}{F}$ и $\frac{l_2}{l_1}$ в каждом из опытов. Сравните полученные результаты и запишите вывод.

2. Нахождение и сравнение моментов сил.

• Запишите формулу для расчёта момента силы.
• Используя полученные результаты, вычислите для каждого из проведённых вами опытов моменты сил, стремящихся вращать рычаг в противоположных направлениях, когда он находится в равновесии. Сравните полученные результаты и запишите вывод.

3. Вывод:

Решение.

1. Условие равновесия рычага.

Схематический рисунок экспериментальной установки:

Результаты трёх опытов по проверке условия равновесия рычага занесены в таблицу.

P, Н	l₁, м	F, Н	l₂, м	$P/F$	$l₂/l₁$	M₁, Н·м	M₂, Н·м
3.0	0.20	2.0	0.31	1.50	1.55	0.60	0.62
3.0	0.10	1.9	0.16	1.58	1.60	0.30	0.30
4.0	0.15	3.1	0.19	1.29	1.27	0.60	0.59

Сравнение отношений сил и плеч. В каждом из трёх опытов были вычислены отношения сил $P/F$ и обратное отношение плеч $l₂/l₁$. Сравнение этих величин показывает, что они приблизительно равны друг другу. Например, в первом опыте $1.50 \approx 1.55$, в третьем $1.29 \approx 1.27$. Небольшие расхождения можно объяснить погрешностями измерений силы динамометром и длины плеч линейкой.

Ответ: Вывод по результатам сравнения: рычаг находится в равновесии, если отношение приложенных к нему сил обратно пропорционально отношению плеч этих сил: $P/F = l₂/l₁$.

2. Нахождение и сравнение моментов сил.

Формула для расчёта момента силы:$M = F \cdot l$,где $\text{M}$ – момент силы, $\text{F}$ – модуль силы, $\text{l}$ – плечо силы (кратчайшее расстояние от оси вращения до линии действия силы).

Используя данные из таблицы, сравним моменты сил, вращающие рычаг в противоположных направлениях. Момент силы $\text{P}$, вращающий рычаг против часовой стрелки, равен $M_1 = P \cdot l_1$. Момент силы $\text{F}$, вращающий рычаг по часовой стрелке, равен $M_2 = F \cdot l_2$.Из последних двух столбцов таблицы видно, что для каждого опыта значения $M_1$ и $M_2$ очень близки:

• Опыт 1: $M_1 = 0.60$ Н·м, $M_2 = 0.62$ Н·м
• Опыт 2: $M_1 = 0.30$ Н·м, $M_2 = 0.30$ Н·м
• Опыт 3: $M_1 = 0.60$ Н·м, $M_2 = 0.59$ Н·м

Различия между моментами находятся в пределах погрешности эксперимента.

Ответ: Вывод по результатам сравнения: рычаг находится в равновесии, когда момент силы, вращающий его против часовой стрелки, равен моменту силы, вращающему его по часовой стрелке ($M_1 = M_2$).

3. Вывод:

В ходе выполнения лабораторной работы было экспериментально исследовано условие равновесия рычага. Проведенные опыты подтвердили, что для того, чтобы рычаг находился в равновесии под действием двух сил, необходимо выполнение одного из двух эквивалентных условий:

1. Отношение модулей сил, приложенных к рычагу, должно быть равно обратному отношению их плеч: $\frac{P}{F} = \frac{l_2}{l_1}$.
2. Сумма моментов сил, вращающих рычаг по часовой стрелке, должна быть равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки. В нашем случае это означает, что $M_1 = M_2$, где $M_1 = P \cdot l_1$ и $M_2 = F \cdot l_2$.

Результаты измерений, с учётом погрешностей, согласуются с теоретическими правилами равновесия рычага.

Ответ: Экспериментально подтверждено правило равновесия рычага: рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил, или, что эквивалентно, когда алгебраическая сумма моментов всех сил относительно оси вращения равна нулю.