Номер 1, страница 103 - гдз по физике 7 класс учебник Пёрышкин, Иванов

Задание 22. Параграф 30. Динамометр. Глава 2. Взаимодействие тел - номер 1, страница 103.

Условие.

1. Изготовьте динамометр и с его помощью измерьте силу тяжести, действующую на ластик.

Указание. Для этого вам понадобится пружина и дощечка, к которой можно эту пружину прикрепить. Один конец пружины нужно жёстко закрепить, вблизи другого прикрепить стрелку-указатель. Когда пружина не нагружена, на дощечке против указателя следует поставить отметку 0.

Растянув пружину с помощью грузика известной массы, отметьте следующее деление на дощечке цифрой, соответствующей действующей силе тяжести. Шкалу динамометра сделайте такой, чтобы цена деления вашего прибора была равна 0,1 Н.

Решение.

Решение 2.

Для выполнения этого задания необходимо последовательно осуществить сборку и калибровку самодельного динамометра, а затем провести измерение.

Дано:

Цена деления для шкалы динамометра: $C = 0.1 \, \text{Н}$

Масса калибровочного груза: $m_{к} = 100 \, \text{г}$

Ускорение свободного падения: $g \approx 10 \, \frac{\text{Н}}{\text{кг}}$

Перевод в СИ:

$m_{к} = 100 \, \text{г} = 0.1 \, \text{кг}$

Найти:

Силу тяжести, действующую на ластик: $P_{л}$

Решение:

Решение задачи выполняется в три этапа.

Этап 1. Изготовление динамометра.

1. Берём необходимые материалы: пружину, дощечку (или полоску прочного картона) и проволоку для стрелки-указателя и крючка.
2. Надёжно закрепляем один конец пружины в верхней части дощечки.
3. К нижнему, свободному концу пружины прикрепляем стрелку-указатель так, чтобы она располагалась параллельно дощечке, и крючок для подвешивания грузов.
4. Располагаем дощечку вертикально. В положении, когда пружина не нагружена, отмечаем на дощечке место, на которое указывает стрелка. Это будет нулевая отметка шкалы, подписываем её «0».

Этап 2. Калибровка (градуировка) динамометра.

1. Для создания шкалы с заданной ценой деления необходимо использовать груз, создающий известную силу. Возьмём стандартный груз массой $m_{к} = 100 \, \text{г}$.
2. Вычислим силу тяжести (вес), действующую на этот груз, по формуле $P = m \cdot g$:
   $P_{к} = m_{к} \cdot g = 0.1 \, \text{кг} \cdot 10 \, \frac{\text{Н}}{\text{кг}} = 1 \, \text{Н}$.
3. Подвешиваем этот груз на крючок нашего динамометра. Под действием силы в 1 Н пружина растянется.
4. Напротив нового положения стрелки-указателя ставим на дощечке отметку и подписываем её «1 Н».
5. Теперь у нас есть отрезок шкалы, соответствующий силе в 1 Н. Чтобы цена деления стала $0.1 \, \text{Н}$, нужно этот отрезок разделить на 10 равных частей. С помощью линейки делим расстояние между отметками «0» и «1 Н» на 10 равных делений. Каждое такое деление будет соответствовать силе $0.1 \, \text{Н}$. Наносим на шкалу отметки 0,1; 0,2; 0,3 и т.д.

Этап 3. Измерение силы тяжести, действующей на ластик.

1. Снимаем с динамометра калибровочный груз.
2. Подвешиваем на крючок ластик.
3. После того как колебания прекратятся, считываем показания динамометра, то есть отмечаем, на каком делении остановилась стрелка-указатель.
4. Допустим, в ходе эксперимента стрелка остановилась на третьем делении шкалы. Это означает, что измеряемая сила тяжести равна $3 \cdot 0.1 \, \text{Н} = 0.3 \, \text{Н}$.
5. Погрешность прямого измерения принимается равной половине цены деления прибора: $\Delta P = \frac{C}{2} = \frac{0.1 \, \text{Н}}{2} = 0.05 \, \text{Н}$.
6. Записываем окончательный результат с учётом погрешности.

Ответ: для измерения силы тяжести ластика был изготовлен и откалиброван пружинный динамометр с ценой деления 0,1 Н. В результате проведённого измерения было получено значение силы тяжести, действующей на ластик, которое (для приведённого примера) с учётом погрешности составляет $P_{л} = (0.30 \pm 0.05) \, \text{Н}$.