Экспериментальное задание 9.1, страница 42 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 9.1

Работаем самостоятельно

Сложение сил, направленных под углом

Оборудование: два динамометра, пружина, бумага, карандаш, линейка.

Найдите равнодействующую двух сил, направленных под углом.

Порядок выполнения задания

1. Положите на стол лист бумаги. Закрепите один конец пружины у края стола, на другой конец пружины наденьте крючки двух динамометров.

2. Расположите динамометры под углом друг к другу и растяните пружину. Отметьте на листе бумаги точкой А положение конца пружины. Проведите на бумаге прямые, на которых лежат векторы сил $\vec{F_1}$ и $\vec{F_2}$, действующих на пружину со стороны динамометров (рис. 9.1).

3. Измерьте силы упругости $F_1$ и $F_2$, постройте на прямых от точки А отрезки, пропорциональные силам $\vec{F_1}$ и $\vec{F_2}$.

4. Снимите крючок одного динамометра с пружины и с помощью другого динамометра растяните пружину до точки А. В этом случае сила $\vec{F_3}$ со стороны динамометра является равнодействующей сил $\vec{F_1}$ и $\vec{F_2}$. Измерьте силу упругости $F_3$ и постройте вектор $\vec{F_3}$ равнодействующей сил $\vec{F_1}$ и $\vec{F_2}$ (рис. 9.2).

5. Постройте вектор, равный вектору силы $\vec{F_1}$, от конца вектора $\vec{F_2}$, а вектор, равный вектору силы $\vec{F_2}$, от конца вектора $\vec{F_1}$ (рис. 9.3).

Проверьте, выполняется ли для векторов сил $\vec{F_1}$, $\vec{F_2}$ и $\vec{F_3}$ правило параллелограмма: вектор $\vec{F_3}$ равнодействующей двух сил $\vec{F_1}$ и $\vec{F_2}$, приложенных к одной точке, есть диагональ параллелограмма, сторонами которого являются эти силы, и приложен к той же точке:

$\vec{F_3} = \vec{F_1} + \vec{F_2}$.

Рис. 9.1

Рис. 9.2

Рис. 9.3

Цель данного экспериментального задания — на опыте проверить правило сложения сил, направленных под углом друг к другу (правило параллелограмма).

Решение:

Для выполнения задания необходимо последовательно выполнить шаги, описанные в инструкции.

1. На горизонтальной поверхности стола размещается лист бумаги. Один конец пружины закрепляется неподвижно (например, с помощью груза или за край стола). К другому, свободному концу пружины прикрепляются крючки двух динамометров.

Ответ: Оборудование подготовлено к проведению эксперимента.

2. Динамометры растягиваются в разные стороны под углом друг к другу так, чтобы пружина растянулась. Когда система приходит в равновесие, на листе бумаги карандашом отмечается точка А, соответствующая положению конца пружины (месту соединения с крючками динамометров). Затем вдоль осей динамометров проводятся две прямые линии, исходящие из точки А. Эти линии задают направления действия сил $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$, с которыми динамометры действуют на пружину.

Ответ: На листе бумаги отмечена точка приложения сил А и начерчены линии действия сил $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$.

3. По шкалам динамометров снимаются показания — модули сил упругости $F_1$ и $F_2$. Далее необходимо выбрать масштаб, например, 1 Ньютон (Н) соответствует 2 сантиметрам (см) на чертеже. В соответствии с выбранным масштабом на линиях, проведенных в шаге 2, от точки А откладываются отрезки, длина которых пропорциональна модулю измеренных сил. На концах отрезков ставятся стрелки. Таким образом, строятся векторы сил $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$.

Ответ: Измерены модули сил $F_1$ и $F_2$ и на листе бумаги построены соответствующие векторы $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$ в выбранном масштабе.

4. Крючок одного из динамометров снимается с пружины. С помощью оставшегося динамометра пружина растягивается снова, но теперь ровно до той же точки А, что и в первом опыте. Сила, которую показывает этот динамометр, является равнодействующей двух первоначальных сил, так как она одна производит то же действие (растяжение пружины до точки А), что и две силы $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$ вместе. Измеряется модуль этой силы $F_3$ и на чертеже от точки А строится вектор $\vec{F}_3$ в том же масштабе, что и ранее. Его направление совпадает с осью динамометра.

Ответ: Экспериментально найдена равнодействующая сила $\vec{F}_3$, измерен её модуль и построен соответствующий вектор на чертеже.

5. Проверка правила параллелограмма

Для проверки правила сложения векторов выполняется графическое построение. На чертеже, полученном в шаге 3, через конец вектора $\vec{F}_1$ проводится прямая, параллельная вектору $\vec{F}_2$. Затем через конец вектора $\vec{F}_2$ проводится прямая, параллельная вектору $\vec{F}_1$. Точка пересечения этих прямых является четвертой вершиной параллелограмма, построенного на векторах $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$ как на сторонах.

Далее сравнивается результат этого графического построения с экспериментальным результатом из шага 4. Диагональ параллелограмма, проведенная из точки А, сравнивается с вектором $\vec{F}_3$. Если эксперимент проведен достаточно точно, вектор $\vec{F}_3$, полученный в шаге 4, должен совпасть по направлению и длине (с учётом погрешностей) с диагональю построенного параллелограмма. Это подтверждает, что равнодействующая двух сил, приложенных к одной точке, находится как векторная сумма этих сил по правилу параллелограмма: $\vec{F}_3 = \vec{F}_1 + \vec{F}_2$.

Ответ: Проведена проверка правила параллелограмма: экспериментально полученный вектор равнодействующей силы $\vec{F}_3$ сравнивается с диагональю параллелограмма, построенного на векторах $\vec{F}_1$ и $\vec{F}_2$. Совпадение этих векторов (в пределах погрешности измерений) подтверждает справедливость правила сложения сил.