Работа на уроке, страница 126 - гдз по физике 7 класс рабочая тетрадь Минькова, Иванова

Лабораторная работа № 10 «Выяснение условия равновесия рычага»

Цель работы: экспериментально проверить, при каком условии рычаг, на который действуют две силы, находится в равновесии.

Оборудование: рычаг на штативе, набор грузов, линейка.

Ход работы:

1. Уравновесили рычаг в горизонтальном положении, вращая его вокруг оси.

2. Подвесили на левой части рычага на некотором расстоянии $l_1$ от оси вращения один или несколько грузов, создав силу $F_1$.

3. Подвешивая грузы на правой части рычага и изменяя расстояние $l_2$ от оси вращения, добились равновесия рычага. Измерили силу $F_2$ и плечо $l_2$.

4. Повторили опыт, изменяя силы и их плечи.

5. Результаты трех опытов записали для дальнейших вычислений.

Экспериментальные данные и вычисления

Дано:

В ходе трех экспериментов были получены следующие данные (сила одного груза принята за 1 Н):

Опыт 1: Сила на левом плече $F_{1,1} = 2$ Н, плечо $l_{1,1} = 12$ см. Сила на правом плече $F_{2,1} = 4$ Н, плечо $l_{2,1} = 6$ см.

Опыт 2: Сила на левом плече $F_{1,2} = 3$ Н, плечо $l_{1,2} = 8$ см. Сила на правом плече $F_{2,2} = 2$ Н, плечо $l_{2,2} = 12$ см.

Опыт 3: Сила на левом плече $F_{1,3} = 1$ Н, плечо $l_{1,3} = 18$ см. Сила на правом плече $F_{2,3} = 3$ Н, плечо $l_{2,3} = 6$ см.

Перевод в систему СИ:

Опыт 1: $l_{1,1} = 0.12$ м; $l_{2,1} = 0.06$ м.

Опыт 2: $l_{1,2} = 0.08$ м; $l_{2,2} = 0.12$ м.

Опыт 3: $l_{1,3} = 0.18$ м; $l_{2,3} = 0.06$ м.

Найти:

Для каждого опыта вычислить моменты сил, вращающих рычаг против часовой стрелки ($M_1$) и по часовой стрелке ($M_2$), и сравнить их.

Решение:

Момент силы ($\text{M}$) вычисляется по формуле $M = F \cdot l$, где $\text{F}$ – сила, а $\text{l}$ – плечо силы.

Опыт 1:

Момент силы, вращающей рычаг против часовой стрелки:

$M_{1,1} = F_{1,1} \cdot l_{1,1} = 2 \, \text{Н} \cdot 0.12 \, \text{м} = 0.24 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке:

$M_{2,1} = F_{2,1} \cdot l_{2,1} = 4 \, \text{Н} \cdot 0.06 \, \text{м} = 0.24 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Сравнение: $M_{1,1} = M_{2,1}$.

Опыт 2:

Момент силы, вращающей рычаг против часовой стрелки:

$M_{1,2} = F_{1,2} \cdot l_{1,2} = 3 \, \text{Н} \cdot 0.08 \, \text{м} = 0.24 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке:

$M_{2,2} = F_{2,2} \cdot l_{2,2} = 2 \, \text{Н} \cdot 0.12 \, \text{м} = 0.24 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Сравнение: $M_{1,2} = M_{2,2}$.

Опыт 3:

Момент силы, вращающей рычаг против часовой стрелки:

$M_{1,3} = F_{1,3} \cdot l_{1,3} = 1 \, \text{Н} \cdot 0.18 \, \text{м} = 0.18 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Момент силы, вращающей рычаг по часовой стрелке:

$M_{2,3} = F_{2,3} \cdot l_{2,3} = 3 \, \text{Н} \cdot 0.06 \, \text{м} = 0.18 \, \text{Н} \cdot \text{м}$.

Сравнение: $M_{1,3} = M_{2,3}$.

Вывод:

Во всех трех опытах момент силы, вращающий рычаг против часовой стрелки, оказался равен моменту силы, вращающему рычаг по часовой стрелке ($M_1=M_2$). Небольшие расхождения, которые могли бы возникнуть в реальном эксперименте, объясняются погрешностями измерений и наличием трения в оси вращения рычага.

Таким образом, на опыте мы проверили и подтвердили условие равновесия рычага, также известное как правило моментов.

Ответ: Рычаг находится в равновесии тогда, когда момент силы, вращающий его против часовой стрелки, равен моменту силы, вращающему его по часовой стрелке. Это условие можно записать в виде формулы: $M_1 = M_2$, или, подставив выражения для моментов, $F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$.