Номер 5, страница 57 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

5. Как определить массу тела при помощи рычажных весов?

5. Чтобы определить массу тела при помощи рычажных весов, необходимо выполнить определенный порядок действий, основанный на принципе равновесия рычага.

1. Уравновешивание пустых весов. Прежде всего, нужно убедиться, что весы откалиброваны. Для этого проверяют, находится ли стрелка-указатель на нулевой отметке, когда чаши пусты. Если нет, весы уравновешивают с помощью специальных регулировочных винтов или гаек, расположенных на коромысле.

2. Размещение тела. На левую чашу весов аккуратно кладут тело, массу которого требуется измерить. Из-за веса тела равновесие нарушается.

3. Подбор гирь. На правую чашу весов с помощью пинцета начинают класть гири из набора разновесов. Гири имеют точно известную массу. Начинают с гирь большей массы, а затем, если они оказались слишком тяжелыми, заменяют их на более легкие и добавляют меньшие гири до тех пор, пока коромысло весов не придет в состояние равновесия, то есть стрелка-указатель снова не установится на нулевую отметку.

4. Определение массы. Когда равновесие достигнуто, подсчитывают общую массу всех гирь, находящихся на правой чаше. Эта суммарная масса и будет равна массе взвешиваемого тела.

Физический принцип этого метода заключается в условии равновесия рычага. Рычажные весы являются равноплечим рычагом, у которого плечи сил $l_1$ и $l_2$ равны ($l_1 = l_2$). На чаши весов действуют силы тяжести: со стороны тела $F_1 = m_1 g$ и со стороны гирь $F_2 = m_2 g$, где $m_1$ – искомая масса тела, $m_2$ – общая масса гирь, а $g$ – ускорение свободного падения.

В состоянии равновесия моменты сил, действующих на рычаг, равны:

$M_1 = M_2$

Поскольку момент силы – это произведение силы на её плечо ($M = F \cdot l$), то условие равновесия можно записать в виде:

$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$

Подставив выражения для сил, получаем:

$m_1 g l_1 = m_2 g l_2$

Так как у весов плечи равны ($l_1 = l_2$) и ускорение свободного падения $g$ одинаково для обеих чаш, эти величины в уравнении можно сократить. В результате получаем простое равенство:

$m_1 = m_2$

Это доказывает, что масса тела равна суммарной массе гирь, которые его уравновесили.

Ответ: Для определения массы тела с помощью рычажных весов необходимо уравновесить тело гирями из набора разновесов. Масса тела будет равна сумме масс гирь, которые находятся на другой чаше весов в момент достижения равновесия.