Экспериментальное задание, страница 116 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Экспериментальное задание

Изготовьте динамометр из резинового жгута, проградуируйте его (нанесите шкалу на отсчетную панель). Определите вес нескольких тел. Можно ли динамометр использовать для определения массы тел? К изготовленному динамометру напишите паспорт с указанием технических характеристик, правил эксплуатации, мер по устранению возможных неполадок.

Изготовление и градуировка динамометра из резинового жгута

Для создания динамометра понадобятся: резиновый жгут (или несколько прочных канцелярских резинок, соединенных вместе), основа для шкалы (например, полоска плотного картона, линейка или тонкая дощечка), канцелярская скрепка для изготовления крючка и указателя, набор эталонных грузов (например, лабораторные гирьки по 100 г), карандаш и линейка.

Порядок сборки и градуировки:

1. В верхней части картонной основы закрепите один конец резинового жгута.

2. Из скрепки разогните крючок с указателем. Крючок будет служить для подвешивания грузов, а указатель — для снятия показаний со шкалы. Прикрепите эту конструкцию к нижнему, свободному концу жгута.

3. Закрепите динамометр в вертикальном положении. Отметьте на картонной основе положение указателя без нагрузки. Эта отметка будет соответствовать нулю на шкале ($\text{0}$ Н).

4. Для нанесения шкалы (градуировки) будем использовать известные силы. В качестве силы выступит вес эталонных грузов, который вычисляется по формуле $P = m \cdot g$. Для упрощения построения шкалы примем ускорение свободного падения $g \approx 10$ Н/кг.

5. Подвесьте к крючку груз массой $m_1 = 100$ г ($0.1$ кг). Вес этого груза составляет $P_1 = 0.1 \text{ кг} \cdot 10 \text{ Н/кг} = 1$ Н. Отметьте новое положение указателя на шкале и подпишите «1 Н».

6. Добавьте еще один груз в 100 г, чтобы общая масса стала $m_2 = 200$ г ($0.2$ кг). Общий вес теперь равен $P_2 = 0.2 \text{ кг} \cdot 10 \text{ Н/кг} = 2$ Н. Отметьте эту позицию указателя как «2 Н».

7. Продолжайте добавлять грузы, нанося на шкалу соответствующие отметки (3 Н, 4 Н и т.д.), пока не достигнете максимальной предполагаемой нагрузки. Важно не растягивать жгут слишком сильно, чтобы не вызвать его необратимую деформацию.

8. После нанесения основных отметок, разделите интервалы между ними на более мелкие деления для повышения точности измерений. Например, разделив отрезок от 0 до 1 Н на 5 равных частей, вы получите цену деления 0.2 Н.

Ответ: Динамометр изготавливается из упругого элемента (резинового жгута), основы со шкалой и указателя с крючком. Его градуировка заключается в нанесении на шкалу отметок, соответствующих растяжению жгута под действием грузов с известным весом, который вычисляется по формуле $P=mg$.

Определение веса нескольких тел

Для определения веса произвольного тела с помощью изготовленного динамометра следует выполнить следующие действия:

1. Убедитесь, что указатель динамометра без нагрузки находится на нулевой отметке.

2. Аккуратно подвесьте измеряемое тело (например, связку ключей) на крючок динамометра.

3. Дождитесь, пока тело и указатель перестанут колебаться.

4. Считайте показание со шкалы, на которое указывает стрелка. Чтобы избежать ошибки параллакса, смотреть на шкалу нужно прямо, располагая глаза на одном уровне с указателем.

Например, если указатель остановился на отметке, расположенной между 1 Н и 2 Н, ровно на четвертом малом делении (при цене деления 0.2 Н), то измеренный вес равен $1 \text{ Н} + 4 \cdot 0.2 \text{ Н} = 1.8$ Н.

Ответ: Чтобы определить вес тела, его нужно подвесить на крючок динамометра и считать показание, которое установится на проградуированной шкале прибора.

Можно ли динамометр использовать для определения массы тел?

Да, самодельный динамометр можно использовать и для определения массы тел. Динамометр измеряет силу, в данном случае — вес тела $\text{P}$. Вес и масса $\text{m}$ — это разные физические величины, но они прямо пропорционально связаны через ускорение свободного падения $\text{g}$:

$P = m \cdot g$

Следовательно, чтобы найти массу тела, необходимо его вес $\text{P}$, измеренный динамометром, разделить на значение $\text{g}$:

$m = \frac{P}{g}$

Для получения более точного значения массы следует использовать стандартное значение $g \approx 9.8$ Н/кг. Например, если измеренный вес тела равен $1.8$ Н, то его масса будет:

$m = \frac{1.8 \text{ Н}}{9.8 \text{ Н/кг}} \approx 0.184$ кг, или 184 г.

Другой способ — создать на динамометре вторую шкалу, сразу проградуированную в единицах массы. Так, отметка в 1 Н будет соответствовать 100 г (если при калибровке принимали $g \approx 10$ Н/кг), 2 Н — 200 г и так далее. Такой прибор будет бытовыми весами.

Ответ: Да, можно. Для этого нужно измеренный динамометром вес $\text{P}$ разделить на ускорение свободного падения $\text{g}$ ($m=P/g$), либо заранее нанести на прибор вторую шкалу, проградуированную в единицах массы (граммах или килограммах).

Паспорт к изготовленному динамометру

1. Наименование прибора
Динамометр лабораторный учебный. Модель: ДРУ-1 (Динамометр Резиновый Учебный-1).

2. Технические характеристики
- Назначение: измерение силы тяжести (веса).
- Принцип действия: основан на зависимости упругой деформации резинового жгута от приложенной силы (закон Гука).
- Верхний предел измерения: 5 Н.
- Нижний предел измерения: 0.2 Н.
- Цена деления шкалы: 0.2 Н.
- Абсолютная погрешность измерения: $\pm 0.1$ Н (равна половине цены деления).

3. Правила эксплуатации
1. Перед началом измерений убедиться, что указатель находится на нулевой отметке.
2. Динамометр при измерении располагать строго вертикально.
3. Измеряемое тело подвешивать к крючку плавно, избегая рывков.
4. Не прилагать к прибору нагрузку, превышающую верхний предел измерения (5 Н).
5. Считывание показаний производить, когда указатель неподвижен. Взгляд должен быть направлен перпендикулярно шкале на уровне указателя.
6. После использования снять нагрузку. Хранить в ненагруженном состоянии.

4. Устранение возможных неполадок
- Неисправность: Указатель после снятия нагрузки не возвращается на отметку «0».
Причина: Возникновение остаточной деформации в резиновом жгуте из-за перегрузки или «усталости» материала.
Устранение: Провести повторную калибровку прибора, скорректировав положение нулевой отметки, либо заменить резиновый жгут.
- Неисправность: Разрыв резинового жгута.
Причина: Нагрузка, значительно превышающая максимальную; старение материала.
Устранение: Заменить резиновый жгут. После замены требуется полная повторная градуировка динамометра.

Ответ: Паспорт является документом, в котором указываются ключевые сведения о приборе: его наименование, технические характеристики (пределы измерения, цена деления, погрешность), а также руководство по правильной и безопасной эксплуатации и методы устранения простейших неисправностей.