Лабораторная работа № 7, страница 72 - гдз по физике 7 класс тренажёр Хмельницкая

Проверочная работа № 16. Энергия. Вариант 2 - страница 72.

Условие.

Лабораторная работа № 7

Выяснение условия равновесия рычага

■ Тренировочные задания и вопросы

Ответьте на вопросы.

1. Что представляет собой рычаг?

2. Что называют плечом силы?

3. Как формулируется правило равновесия рычага?

4. С помощью какой формулы можно записать правило равновесия рычага?

Покажите графически.

5. На рисунке допущена ошибка. Найдите её.

6. Используя правило равновесия рычага, определите величину и направление силы на рисунке.

7. Будет ли находиться в равновесии рычаг, изображённый на рисунке?

Что вы сможете проверить на опыте, имея следующее оборудование: рычаг на штативе, набор грузов, линейку, динамометр?

Какую цель вы поставите, чтобы исследовать условие равномерного рычага?

■ Порядок выполнения работы

1) Уравновесьте рычаг, вращая гайки на его концах так, чтобы он расположился горизонтально.

2) Подвесьте два груза к левому плечу рычага на расстоянии 12 см от оси вращения.

3) Уравновесьте два груза с правой стороны рычага и определите плечо $l_2$.

А) Если уравновесить одним грузом, то плечо $l_2 = \text{\_\_\_\_ } см.$

Б) Если уравновесить двумя грузами, то плечо $l_2 = \text{\_\_\_\_ } см.$

В) Если уравновесить тремя грузами, то плечо $l_2 = $ _____ см.

4) Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите данные и измеренные величины в таблицу.

Номер опыта	Сила на левой части рычага	Плечо $l_1$

4) Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите данные и измеренные величины в таблицу.

Номер опыта	Сила на левой части рычага	Плечо $l_1$, см	Сила на правой части рычага	Плечо $l_2$, см	Отношение сил и плеч
	$F_1$, Н		$F_2$, Н		$F_1 / F_2$	$l_1 / l_2$
1	2	12
2	2	12
3	2	12

Вывод (напишите, подтверждают ли данные опыты правило равновесия рычага): __________.

Дополнительное задание

Подвесьте три груза справа от оси вращения рычага на расстоянии 5 см. С помощью динамометра определите, какую силу нужно приложить на расстоянии 15 см от оси вращения правее грузов, направив её вверх, чтобы удержать рычаг в равновесии.

Запишите: $F_1 / F_2 =\text{\_\_\_\_};$ $l_1 / l_2 =\text{\_\_\_\_}.$

Вывод: __________.

Решение.

1. Что представляет собой рычаг?

Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры (оси вращения).

Ответ: Рычаг — это твёрдое тело, которое может вращаться вокруг неподвижной опоры.

2. Что называют плечом силы?

Плечом силы называют кратчайшее расстояние от точки опоры рычага до линии, вдоль которой действует сила.

Ответ: Плечо силы — это кратчайшее расстояние от точки опоры до линии действия силы.

3. Как формулируется правило равновесия рычага?

Рычаг находится в равновесии, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам этих сил.

Ответ: Рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

4. С помощью какой формулы можно записать правило равновесия рычага?

Правило равновесия рычага можно записать в виде формулы: $ \frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1} $, где $F_1$ и $F_2$ – силы, действующие на рычаг, а $l_1$ и $l_2$ – плечи этих сил. Эту формулу также можно записать как $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$ (правило моментов).

Ответ: $ \frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1} $.

5. На рисунке допущена ошибка. Найдите её.

Плечи сил $l_1$ и $l_2$ являются скалярными величинами (длинами), а на рисунке они обозначены стрелками, как векторы. Длину отрезка следует обозначать без стрелки на конце.

Ответ: Плечи сил $l_1$ и $l_2$ ошибочно обозначены как векторы (со стрелками).

6. Используя правило равновесия рычага, определите величину и направление силы на рисунке.

Дано:

$l_1 = 2$ дел.
$l_2 = 3$ дел.
$F_1 = 6$ Н

Найти:

$F_2$ - ?

Решение:
Для того чтобы рычаг находился в равновесии, сила $F_2$ должна быть направлена вниз, создавая вращающий момент по часовой стрелке, который уравновесит момент силы $F_1$, вращающий рычаг против часовой стрелки. Используем формулу равновесия рычага: $ \frac{F_1}{F_2} = \frac{l_2}{l_1} $.
Выразим отсюда $F_2$: $ F_2 = F_1 \cdot \frac{l_1}{l_2} $.
Подставим числовые значения: $ F_2 = 6 \text{ Н} \cdot \frac{2}{3} = 4 \text{ Н} $.

Ответ: Величина силы $F_2$ равна 4 Н, направление силы — вниз.

7. Будет ли находиться в равновесии рычаг, изображённый на рисунке?

Дано:

$l_1 = 2$ дел.
$l_2 = 3$ дел.
$F_1 = 3$ Н
$F_2 = 4$ Н

Найти:

Будет ли рычаг в равновесии?

Решение:
Проверим выполнение условия равновесия рычага (правило моментов): $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$.
Момент силы $F_1$, вращающий рычаг против часовой стрелки: $ M_1 = F_1 \cdot l_1 = 3 \text{ Н} \cdot 2 \text{ дел.} = 6 $ Н·дел.
Момент силы $F_2$, вращающий рычаг по часовой стрелке: $ M_2 = F_2 \cdot l_2 = 4 \text{ Н} \cdot 3 \text{ дел.} = 12 $ Н·дел.
Так как $M_1 \neq M_2$ ($6 \neq 12$), рычаг не находится в равновесии. Поскольку $M_2 > M_1$, рычаг будет вращаться по часовой стрелке.

Ответ: Нет, рычаг не будет находиться в равновесии. Он будет вращаться по часовой стрелке.

Что вы сможете проверить на опыте, имея следующее оборудование: рычаг на штативе, набор грузов, линейку, динамометр?

С помощью данного оборудования можно экспериментально проверить условие равновесия рычага: убедиться, что рычаг находится в равновесии, когда моменты сил, вращающие его в противоположных направлениях, равны ($M_1 = M_2$).

Ответ: Можно проверить условие равновесия рычага.

Какую цель вы поставите, чтобы исследовать условие равновесия рычага?

Цель работы: экспериментально проверить, при каком соотношении приложенных к рычагу сил и их плеч он будет находиться в равновесии.

Ответ: Цель: экспериментально проверить правило равновесия рычага.

Порядок выполнения работы

А) Если уравновесить одним грузом, то плечо $l_2$ = 24 см.

Б) Если уравновесить двумя грузами, то плечо $l_2$ = 12 см.

В) Если уравновесить тремя грузами, то плечо $l_2$ = 8 см.

4) Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите данные и измеренные величины в таблицу.

Номер опыта	Сила на левой части рычага $F_1$, Н	Плечо $l_1$, см	Сила на правой части рычага $F_2$, Н	Плечо $l_2$, см	Отношение сил и плеч $F_1/F_2$	Отношение сил и плеч $l_1/l_2$
1	2	12	1	24	2	0,5
2	2	12	2	12	1	1
3	2	12	3	8	$ \approx 0,67$	1,5

Вывод (напишите, подтверждают ли данные опыты правило равновесия рычага):

Данные опытов подтверждают правило равновесия рычага. Из таблицы видно, что отношение сил $F_1/F_2$ обратно пропорционально отношению плеч $l_1/l_2$ (то есть $F_1/F_2 = l_2/l_1$). Это подтверждает, что рычаг находится в равновесии, когда силы, действующие на него, обратно пропорциональны плечам этих сил.

Дополнительное задание

Дано:

Сила от грузов $F_1 = 3 \cdot 1\text{ Н} = 3$ Н
Плечо силы грузов $l_1 = 5$ см
Плечо силы динамометра $l_2 = 15$ см

Найти:

Силу динамометра $F_2$

Решение:
В данном случае обе силы приложены с одной стороны от оси вращения. Сила грузов $F_1$ направлена вниз и создает момент, вращающий рычаг по часовой стрелке. Сила динамометра $F_2$ направлена вверх и создает момент, вращающий рычаг против часовой стрелки. Для равновесия моменты должны быть равны: $M_1 = M_2$.
$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$
$3 \text{ Н} \cdot 5 \text{ см} = F_2 \cdot 15 \text{ см}$
$15 \text{ Н} \cdot \text{см} = F_2 \cdot 15 \text{ см}$
$F_2 = \frac{15}{15} = 1$ Н.

Запишите: $ \frac{F_1}{F_2} = \frac{3}{1} = 3 $; $ \frac{l_1}{l_2} = \frac{5}{15} = \frac{1}{3} $.

Вывод:

Эксперимент показывает, что для равновесия рычага сумма моментов сил, вращающих его по часовой стрелке, должна быть равна сумме моментов сил, вращающих его против часовой стрелки. В данном опыте отношение сил оказалось обратным отношению их плеч ($F_1/F_2 = l_2/l_1$), что также подтверждает правило моментов.