Номер 1, страница 213 - гдз по физике 7 класс учебник Закирова, Аширов

1. Проверьте на опыте соотношение сил и плеч на равноплечем рычаге. Сделайте вывод.

1. Для проверки соотношения сил и плеч на равноплечем рычаге необходимо провести эксперимент, основываясь на теоретическом правиле равновесия рычага.

Теоретическое обоснование:

Правило равновесия рычага (правило моментов) гласит: рычаг находится в равновесии, когда момент силы, вращающей его по часовой стрелке, равен моменту силы, вращающей его против часовой стрелки. Момент силы $\text{M}$ определяется как произведение модуля силы $\text{F}$ на её плечо $\text{l}$:

$M = F \cdot l$

Плечо силы — это кратчайшее расстояние от оси вращения (точки опоры) до линии действия силы. Для рычага с двумя силами $F_1$ и $F_2$, приложенными к плечам $l_1$ и $l_2$, условие равновесия выглядит так:

$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2$

В случае равноплечего рычага его плечи равны, то есть $l_1 = l_2$. Подставив это в формулу, получаем:

$F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_1$

Сократив обе части уравнения на $l_1$ (так как плечо не равно нулю), мы приходим к выводу, что для равновесия равноплечего рычага необходимо равенство приложенных сил:

$F_1 = F_2$

Проведение опыта:

Цель опыта: Экспериментально проверить, что для равновесия равноплечего рычага к его плечам должны быть приложены равные силы.

Оборудование: лабораторный рычаг на штативе, набор грузов известной массы, линейка.

Ход работы:

1. Установить рычаг на опоре так, чтобы он находился в равновесии в горизонтальном положении. Точка опоры должна совпадать с центром рычага, чтобы плечи были равны. Обозначим длину левого плеча как $l_1$, а правого — как $l_2$. Таким образом, $l_1 = l_2$.

2. Подвесить на левое плечо рычага на определённом расстоянии от центра один или несколько грузов общей массой $m_1$. На рычаг начнёт действовать сила тяжести $F_1 = m_1g$, где $\text{g}$ — ускорение свободного падения.

3. На правое плечо рычага на точно таком же расстоянии от центра ($l_2 = l_1$) начать подвешивать грузы с общей массой $m_2$ до тех пор, пока рычаг снова не придёт в равновесие в горизонтальном положении. Сила, действующая на правое плечо, будет равна $F_2 = m_2g$.

4. Зафиксировать полученное значение массы $m_2$ и сравнить его с массой $m_1$.

5. Повторить эксперимент несколько раз с различными массами $m_1$.

Наблюдения и результаты:

В каждом проведенном опыте будет наблюдаться, что рычаг приходит в равновесие только тогда, когда масса грузов на правом плече $m_2$ оказывается равной массе грузов на левом плече $m_1$. Так как силы $F_1$ и $F_2$ прямо пропорциональны массам $m_1$ и $m_2$ (через коэффициент $\text{g}$), из равенства масс $m_1 = m_2$ напрямую следует и равенство сил $F_1 = F_2$.

Вывод:

Эксперимент подтверждает теоретическое положение: равноплечий рычаг ($l_1 = l_2$) находится в равновесии тогда и только тогда, когда приложенные к его плечам силы равны по модулю ($F_1 = F_2$). Это означает, что равноплечий рычаг не дает выигрыша в силе. Он используется для уравновешивания одной силы другой, равной ей по величине (например, в аптекарских весах).

Ответ: Экспериментальная проверка показывает, что равноплечий рычаг находится в равновесии при условии равенства сил, приложенных к его плечам. Соотношение сил и плеч для равновесия равноплечего рычага выражается формулой $F_1 = F_2$ при $l_1 = l_2$.