Ход работы, страница 40 - гдз по физике 7 класс лабораторный практикум Холина, Березин

Лабораторные работы. Лабораторная работа № 11 «Исследование условия равновесия рычага» - страница 40.

Условие.

Лабораторная работа № 11

https://go.prosv.ru/qmi6mC

ИССЛЕДОВАНИЕ УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ РЫЧАГА

► Цель работы

Исследовать условие равновесия рычага.

► Приборы и материалы

Линейка, динамометр, рычаг, штатив, набор грузов.

► Подготовка к работе

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 18.

Рис. 18

На левую часть рычага действует сила $\vec{F_1}$ со стороны грузов, на правую — сила $\vec{F_2}$ со стороны динамометра (рис. 19). Сила $\vec{F_1}$ стремится повернуть рычаг против хода часовой стрелки, сила $\vec{F_2}$ — по ходу часовой стрелки. Плечи этих сил $l_1$ и $l_2$ равны соответственно длинам отрезков $\text{AO}$ и $\text{OB}$; моменты сил относительно оси вращения определяются по формулам $M_1 = F_1l_1$ и $M_2 = F_2l_2$. Условие равновесия рычага: рычаг остаётся в равновесии под действием двух сил, если момент силы, вращающей его против хода часовой стрелки, равен моменту силы, вращающей его по ходу часовой стрелки.

Рис. 19

$M_1 = M_2$.

В работе предлагается проверить выполнение условия равновесия рычага, измерив действующие на рычаг силы и плечи этих сил.

► Ход работы

1. Закрепите рычаг посередине на штативе. С помощью регулировочных шайб, расположенных по краям рычага, уравновесьте его так, чтобы он располагался горизонтально.

2. Соедините четыре груза в гирлянду и измерьте их общий вес, подвесив гирлянду к динамометру. Обозначив общий вес грузов $F_1$, запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

3. Удерживая рычаг, подвесьте гирлянду грузов к его левой части на расстоянии не более 10 см от оси вращения рычага. Сила, с которой грузы действуют на рычаг, равна их общему весу.

4. Установите указатель ненагруженного динамометра на нулевое деление. Прикрепите динамометр к правой части рычага и измерьте силу $F_2$, удерживающую рычаг в горизонтальном равновесном положении (см. рис. 18). Запишите в таблицу результат измерения с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы динамометра.

5. Измерьте плечи сил линейкой и результаты измерений запишите в таблицу с учётом абсолютной погрешности, приняв её равной цене деления шкалы линейки.

6. Повторите опыт трижды, изменяя место крепления динамометра на правой части рычага. Результаты измерений запишите в таблицу.

№ опыта	Сила на левой части рычага		Сила на правой части рычага		Момент силы
	$F_1 \pm \Delta F_1$, Н	$l_1 \pm \Delta l_1$, м	$F_2 \pm \Delta F_2$, Н	$l_2 \pm \Delta l_2$, м	$M_1, Н \cdot м$	$M_2, Н \cdot м$

7. Для каждого случая рассчитайте моменты сил $M_1 = F_1l_1$ и $M_2 = F_2l_2$.

8. Проанализируйте результаты и сделайте вывод.

Решение.

Цель работы

Исследовать условие равновесия рычага.

Приборы и материалы

Линейка, динамометр, рычаг, штатив, набор грузов.

Ход работы

В ходе выполнения работы были проведены три опыта по исследованию условия равновесия рычага. Сначала с помощью динамометра был измерен вес набора из четырех грузов. Затем грузы подвешивались на левое плечо рычага на фиксированном расстоянии от оси вращения. С помощью динамометра, прикрепленного к правому плечу рычага, рычаг приводился в равновесие. Измерялась сила, приложенная к правому плечу, и плечи обеих сил. Опыты повторялись трижды при различных положениях динамометра на правом плече. Абсолютная погрешность измерения силы динамометром принята равной цене его деления (0.1 Н), а погрешность измерения длины линейкой — цене ее деления (1 мм = 0.001 м).

Результаты измерений и последующих вычислений занесены в таблицу:

№ опыта	Сила на левой части рычага $F_1 \pm \Delta F_1$, Н	Плечо $l_1 \pm \Delta l_1$, м	Сила на правой части рычага $F_2 \pm \Delta F_2$, Н	Плечо $l_2 \pm \Delta l_2$, м	Момент силы $M_1$, Н·м	Момент силы $M_2$, Н·м
1	$4.0 \pm 0.1$	$0.100 \pm 0.001$	$2.0 \pm 0.1$	$0.200 \pm 0.001$	0.400	0.400
2	$4.0 \pm 0.1$	$0.100 \pm 0.001$	$2.7 \pm 0.1$	$0.150 \pm 0.001$	0.400	0.405
3	$4.0 \pm 0.1$	$0.100 \pm 0.001$	$4.0 \pm 0.1$	$0.100 \pm 0.001$	0.400	0.400

7. Для каждого случая рассчитайте моменты сил $M_1 = F_1 l_1$ и $M_2 = F_2 l_2$

Расчет для опыта №1

Дано:

$F_1 = 4.0$ Н

$l_1 = 0.100$ м

$F_2 = 2.0$ Н

$l_2 = 0.200$ м

Найти:

$M_1, M_2$

Решение:

Момент силы, вращающей рычаг против часовой стрелки: $M_1 = F_1 l_1$.

$M_1 = 4.0 \, \text{Н} \cdot 0.100 \, \text{м} = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке: $M_2 = F_2 l_2$.

$M_2 = 2.0 \, \text{Н} \cdot 0.200 \, \text{м} = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Ответ: $M_1 = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$; $M_2 = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Расчет для опыта №2

Дано:

$F_1 = 4.0$ Н

$l_1 = 0.100$ м

$F_2 = 2.7$ Н

$l_2 = 0.150$ м

Найти:

$M_1, M_2$

Решение:

Момент силы, вращающей рычаг против часовой стрелки: $M_1 = F_1 l_1$.

$M_1 = 4.0 \, \text{Н} \cdot 0.100 \, \text{м} = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке: $M_2 = F_2 l_2$.

$M_2 = 2.7 \, \text{Н} \cdot 0.150 \, \text{м} = 0.405 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Ответ: $M_1 = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$; $M_2 = 0.405 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Расчет для опыта №3

Дано:

$F_1 = 4.0$ Н

$l_1 = 0.100$ м

$F_2 = 4.0$ Н

$l_2 = 0.100$ м

Найти:

$M_1, M_2$

Решение:

Момент силы, вращающей рычаг против часовой стрелки: $M_1 = F_1 l_1$.

$M_1 = 4.0 \, \text{Н} \cdot 0.100 \, \text{м} = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке: $M_2 = F_2 l_2$.

$M_2 = 4.0 \, \text{Н} \cdot 0.100 \, \text{м} = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Ответ: $M_1 = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$; $M_2 = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

8. Проанализируйте результаты и сделайте вывод

Сравнивая вычисленные значения моментов сил $M_1$ и $M_2$ для каждого из трех опытов, можно заметить, что они практически равны друг другу. В опытах 1 и 3 значения моментов совпадают: $M_1 = M_2$. В опыте 2 наблюдается небольшое различие ($M_1 = 0.400 \, \text{Н} \cdot \text{м}$, а $M_2 = 0.405 \, \text{Н} \cdot \text{м}$). Это расхождение объясняется наличием погрешностей при проведении измерений силы динамометром и длины плеч линейкой. Учитывая погрешности измерений, можно считать, что во всех трех случаях моменты сил, вращающих рычаг в противоположных направлениях, равны между собой.

Вывод:

В ходе лабораторной работы было экспериментально проверено условие равновесия рычага. Опытным путем установлено, что рычаг находится в равновесии, если момент силы, вращающей его против часовой стрелки, равен моменту силы, вращающей его по часовой стрелке. Таким образом, подтверждено правило моментов: $M_1 = M_2$, или $F_1 l_1 = F_2 l_2$.