Эксперимент в классе, страница 129 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

Эксперимент в классе

Исследуйте действие бруска на опору в трех случаях: брусок лежит на мокром песке широкой гранью, боковой гранью, торцом. В каком случае давление наибольшее? Проверьте полученный результат расчетами. Необходимые величины определите, используя линейку и динамометр.

Исследование и качественный вывод

Давление $\text{p}$ – это физическая величина, равная отношению силы $\text{F}$, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности $\text{S}$. Формула для расчета давления: $p = \frac{F}{S}$.

В данном эксперименте сила $\text{F}$, с которой брусок действует на опору (мокрый песок), – это его сила тяжести (вес). Вес бруска остается постоянным независимо от того, на какой грани он лежит. Силу тяжести можно измерить с помощью динамометра.

Из формулы видно, что давление обратно пропорционально площади опоры. Это означает, что при одной и той же силе давление будет тем больше, чем меньше площадь поверхности, на которую эта сила действует.

Рассмотрим три случая:

1. Брусок лежит на широкой грани. В этом случае площадь соприкосновения с песком ($S_1$) максимальна. Следовательно, давление $p_1$ будет минимальным. Брусок будет проваливаться в песок меньше всего.
2. Брусок лежит на боковой грани. Площадь соприкосновения ($S_2$) будет меньше, чем в первом случае, но больше, чем в третьем. Давление $p_2$ будет средним.
3. Брусок лежит на торце. В этом случае площадь соприкосновения ($S_3$) минимальна. Следовательно, давление $p_3$ будет наибольшим. Брусок провалится в песок глубже всего.

Таким образом, экспериментально можно наблюдать, что брусок, поставленный на торец, оставляет в мокром песке самое глубокое углубление, что свидетельствует о наибольшем давлении.

Ответ: Наибольшее давление брусок оказывает на опору, когда он лежит на торце, так как в этом положении площадь опоры минимальна.

Расчетная проверка

Для проведения расчетов необходимо измерить вес бруска с помощью динамометра и его размеры (длину, ширину, высоту) с помощью линейки. Поскольку реальные данные отсутствуют, проведем расчет с примерными значениями, которые можно получить в ходе реального эксперимента.

Дано:

Пусть в результате измерений мы получили следующие данные:

Сила тяжести бруска (показания динамометра): $F = 5$ Н

Размеры бруска:

Длина $a = 20$ см

Ширина $b = 10$ см

Высота $c = 5$ см

$a = 20 \text{ см} = 0.2 \text{ м}$
$b = 10 \text{ см} = 0.1 \text{ м}$
$c = 5 \text{ см} = 0.05 \text{ м}$

Найти:

$p_1$ – давление на широкой грани

$p_2$ – давление на боковой грани

$p_3$ – давление на торце

Решение:

Общая формула для давления: $p = \frac{F}{S}$.

1. Брусок лежит на широкой грани.

Площадь опоры $S_1$ – это площадь наибольшей грани. Ее стороны – длина $\text{a}$ и ширина $\text{b}$.

$S_1 = a \cdot b = 0.2 \text{ м} \cdot 0.1 \text{ м} = 0.02 \text{ м}^2$

Давление $p_1$ равно:

$p_1 = \frac{F}{S_1} = \frac{5 \text{ Н}}{0.02 \text{ м}^2} = 250 \text{ Па}$

2. Брусок лежит на боковой грани.

Площадь опоры $S_2$ – это площадь грани со сторонами $\text{a}$ и $\text{c}$.

$S_2 = a \cdot c = 0.2 \text{ м} \cdot 0.05 \text{ м} = 0.01 \text{ м}^2$

Давление $p_2$ равно:

$p_2 = \frac{F}{S_2} = \frac{5 \text{ Н}}{0.01 \text{ м}^2} = 500 \text{ Па}$

3. Брусок лежит на торце.

Площадь опоры $S_3$ – это площадь наименьшей грани (торца). Ее стороны – ширина $\text{b}$ и высота $\text{c}$.

$S_3 = b \cdot c = 0.1 \text{ м} \cdot 0.05 \text{ м} = 0.005 \text{ м}^2$

Давление $p_3$ равно:

$p_3 = \frac{F}{S_3} = \frac{5 \text{ Н}}{0.005 \text{ м}^2} = 1000 \text{ Па}$

Сравнивая полученные значения, видим, что $p_3 > p_2 > p_1$ ($1000 \text{ Па} > 500 \text{ Па} > 250 \text{ Па}$). Расчеты подтверждают, что наибольшее давление оказывается в том случае, когда брусок стоит на торце.

Ответ: Расчетные значения давлений: $p_1 = 250 \text{ Па}$ (на широкой грани), $p_2 = 500 \text{ Па}$ (на боковой грани), $p_3 = 1000 \text{ Па}$ (на торце). Наибольшее давление равно $1000 \text{ Па}$ и достигается, когда брусок лежит на торце.