Номер 2, страница 110 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

✓ Каковы устройство и принцип действия рычажных весов?

Каковы устройство и принцип действия рычажных весов?

Устройство

Рычажные весы являются одним из древнейших измерительных приборов. Их конструкция основана на использовании рычага первого рода. Основные компоненты рычажных весов:

1. Коромысло — это основной элемент, представляющий собой металлический стержень (рычаг), который может свободно поворачиваться вокруг горизонтальной оси.

2. Точка опоры — обычно это призма из очень твёрдого материала (например, агата или закалённой стали), на острие которой опирается коромысло. Точка опоры должна находиться строго по центру коромысла для обеспечения точности.

3. Подвесные призмы и чаши — на концах коромысла на одинаковом расстоянии от центральной точки опоры расположены ещё две призмы, на которые подвешиваются чаши весов. На одну чашу помещают взвешиваемое тело, на другую — гири (эталоны массы).

4. Стрелка-указатель — длинная стрелка, жёстко закреплённая в центре коромысла перпендикулярно ему. Её нижний конец перемещается вдоль небольшой шкалы.

5. Шкала — неподвижная шкала с нулевым делением в центре. Когда весы находятся в равновесии, стрелка указывает на ноль.

6. Арретир — механическое устройство, которое в нерабочем положении приподнимает коромысло, выводя призмы из контакта. Это предохраняет острые грани призм от износа и повреждений при установке или снятии грузов.

Принцип действия

Принцип действия рычажных весов основан на законе равновесия рычага, который гласит, что рычаг находится в равновесии, если моменты сил, вращающих его в противоположных направлениях, равны.

Момент силы ($M$) вычисляется как произведение модуля силы ($F$) на её плечо ($d$):

$M = F \cdot d$

На чаши весов действуют силы тяжести со стороны взвешиваемого тела ($F_1$) и гирь ($F_2$). Сила тяжести пропорциональна массе: $F = m \cdot g$, где $m$ — масса, а $g$ — ускорение свободного падения.

Для равновесия весов необходимо, чтобы момент силы со стороны тела был равен моменту силы со стороны гирь:

$M_1 = M_2$

Распишем это равенство:

$F_1 \cdot d_1 = F_2 \cdot d_2$

где $d_1$ и $d_2$ — это плечи рычага, то есть расстояния от точки опоры до точек подвеса чаш.

В стандартных лабораторных и торговых весах коромысло является равноплечим, то есть плечи рычага равны: $d_1 = d_2$. Подставим в уравнение выражения для сил и учтём равенство плеч:

$m_1 \cdot g \cdot d_1 = m_2 \cdot g \cdot d_1$

Сократив в уравнении одинаковые множители ($g$ и $d_1$), получаем:

$m_1 = m_2$

Это означает, что когда весы приходят в состояние равновесия (стрелка указывает на ноль), масса тела на одной чаше ($m_1$) равна суммарной массе гирь на другой чаше ($m_2$). Таким образом, сравнивая массу неизвестного тела с массой эталонных гирь, мы её измеряем.

Ответ: Рычажные весы состоят из коромысла, вращающегося на точке опоры, с двумя чашами на равных расстояниях от неё. Их принцип действия основан на законе равновесия рычага: когда моменты сил, создаваемые грузом и гирями, уравновешивают друг друга, рычаг приходит в равновесие. Для равноплечих весов это означает, что масса измеряемого тела равна суммарной массе гирь, которые его уравновешивают.