Номер №8, страница 218 - гдз по физике 7 класс учебник Громов, Родина

Лабораторные работы - номер №8, страница 218.

Условие.

Решение.

Дано:

Количество грузов на левом плече, $n_1 = 2$
Количество грузов на правом плече, $n_2 = 3$
Вес одного груза, $P_0 = 1$ Н
Плечо левой силы, $l_1 = 18$ см

$l_1 = 18 \text{ см} = 0.18 \text{ м}$

Найти:

$l_2$ - ?, $M_1$ - ?, $M_2$ - ?
Заполнить таблицу.
Сформулировать выводы.

Решение:

1. Определим силы (веса), действующие на плечи рычага. Так как вес одного груза равен 1 Н, то:

Сила, действующая на левое плечо: $F_1 = n_1 \cdot P_0 = 2 \cdot 1 \text{ Н} = 2 \text{ Н}$.

Сила, действующая на правое плечо: $F_2 = n_2 \cdot P_0 = 3 \cdot 1 \text{ Н} = 3 \text{ Н}$.

2. Согласно условию равновесия рычага (правилу моментов), рычаг находится в равновесии, если момент силы, вращающий его против часовой стрелки, равен моменту силы, вращающему его по часовой стрелке:

$M_1 = M_2$

Момент силы $\text{M}$ вычисляется как произведение модуля силы $\text{F}$ на её плечо $\text{l}$:

$M = F \cdot l$

Таким образом, условие равновесия для данного случая можно записать в виде:

$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$

3. Из этого уравнения выразим и вычислим расстояние $l_2$, на котором необходимо подвесить три груза для уравновешивания рычага:

$l_2 = \frac{F_1 \cdot l_1}{F_2} = \frac{2 \text{ Н} \cdot 0.18 \text{ м}}{3 \text{ Н}} = \frac{0.36 \text{ Н} \cdot \text{м}}{3 \text{ Н}} = 0.12 \text{ м}$.

4. Рассчитаем моменты сил $M_1$ и $M_2$ для заполнения таблицы:

Момент силы на левом плече:

$M_1 = F_1 \cdot l_1 = 2 \text{ Н} \cdot 0.18 \text{ м} = 0.36 \text{ Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы на правом плече:

$M_2 = F_2 \cdot l_2 = 3 \text{ Н} \cdot 0.12 \text{ м} = 0.36 \text{ Н} \cdot \text{м}$.

4. Перенесите таблицу в свою тетрадь. Считая, что каждый груз весит 1 Н, заполните таблицу.

$l_1$, м	$F_1$, Н	$l_2$, м	$F_2$, Н	$M_1$, Н·м	$M_2$, Н·м
0,18	2	0,12	3	0,36	0,36

Ответ: таблица заполнена на основе расчетов.

5. Сделайте вывод о справедливости правила моментов.

В ходе выполнения работы было экспериментально найдено и теоретически рассчитано, что для равновесия рычага необходимо, чтобы моменты сил, действующих на него, были равны. Наши расчеты показали, что момент силы, вращающий рычаг против часовой стрелки ($M_1 = 0.36 \text{ Н} \cdot \text{м}$), равен моменту силы, вращающему рычаг по часовой стрелке ($M_2 = 0.36 \text{ Н} \cdot \text{м}$). Равенство моментов ($M_1 = M_2$) в пределах точности измерений подтверждает справедливость правила моментов.

Ответ: Проведенный эксперимент и последующие расчеты подтверждают справедливость правила моментов, согласно которому для равновесия рычага необходимо равенство моментов сил, вращающих его в противоположных направлениях.

6. Запишите вывод, ответив на вопрос: при каком условии рычаг находится в равновесии?

Рычаг находится в равновесии при выполнении двух условий:
1. Сумма сил, действующих на рычаг, равна нулю.
2. Сумма моментов сил, вращающих рычаг по часовой стрелке, равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки. Это условие известно как правило моментов: $\sum M_{по часовой} = \sum M_{против часовой}$.

Ответ: Рычаг находится в равновесии, когда алгебраическая сумма моментов всех приложенных к нему сил относительно оси вращения равна нулю.