Усі лабораторні роботи. 6-11 класи

Лабораторна робота № 6

Тема. Дослідження рівноваги тіла під дією кількох сил.

Мета: з’ясувати, за яких умов тіло із закріпленою віссю обертання перебуває в рівновазі.

Обладнання та матеріали: важіль, штатив з муфтою та лапкою, учнівська лінійка, набір важків масою по 100 г, динамометр.

Вказівки та пояснення: важіль — це жорсткий стержень, який може обертатись навколо нерухомої опори. До важеля може бути прикладена сила або декілька сил. Щоб він знаходився у стані рівноваги, повинна виконуватися умова рівноваги: алгебраїчна сума моментів сил, які прикладені до важеля, дорівнює нулю. Нагадаємо, що момент сили — це добуток сили на плече: М = Fl (даний добуток називають також обертаючим моментом). Плече сили — це відстань від осі обертання до лінії дії цієї сили. Момент сили, який намагається обернути важіль проти годинникової стрілки, вважають від’ємним, а момент сили, який намагається обернути важіль за годинниковою стрілкою — додатним. Для досить простого випадку умову рівноваги можна сформулювати так: важіль перебуває в рівновазі, коли плечі сил обернено пропорційні значенням сил, які діють на нього

Хід роботи

1. Визначте ціну поділки шкал вимірювальних приладів.

Ціна поділки динамометра (ЦП) = (1 - 0) / 10 = 0,1 Н, межі вимірювання від 0 Н до 4 Н.

Ціна поділки учнівської лінійки (ЦП) = (10 - 0) / 10 = 1 мм = 0,001 м.

2. Закріпіть на лапці штатива важіль і зрівноважте його за допомогою регулювальних гайок.

3. Проведіть експерименти, результати яких відразу ж заносьте до табл. 1.

Дослід 1

Підвісьте з одного боку від осі обертання важеля один важок, з другого боку — два важки.

Пересуваючи важки, доможіться рівноваги важеля.

За допомогою лінійки виміряйте плечі l₁ і l₂ відповідних сил F₁ і F₂.

Вважаючи, що вага одного важка дорівнює 1 Н, запишіть значення сил F₁ і F₂.

Дослід 2

Повторіть дослід, підвісивши на одній половині важеля два, а на другій — три важки.

Дослід 3

Повторіть дослід, підвісивши на одній половині важеля два важки. Визначте за допомогою динамометра, яку силу F₂ потрібно прикласти до деякої точки, розташованої на другій половині важеля.

Дослід 4

Підвісьте праворуч від осі обертання на деякій відстані три важки. Сила F₁ дорівнюватиме загальній вазі цих важків — 3 Н. Визначте за допомогою динамометра, яку силу F₂ потрібно прикласти в точці, розташованій на відстані 8 см праворуч від точки підвісу важків, щоб важіль перебував у рівновазі. Виміряйте плечі сил.

Для кожного досліду обчисліть момент сили, що обертає важіль за ходом годинникової стрілки, і момент сили, що обертає важіль проти ходу годинникової стрілки (нагадуємо, що момент сили, яка обертає важіль за ходом годинникової стрілки, має від’ємне значення).

4. Знайдіть суму моментів сил, що діють на важіль.

5. Закінчіть заповнювати табл. 1.

Таблиця 1

Номер досліду	Сила F1, Н	Плече сили l1, м	Момент сили М1, Н·м	Сила F2, H	Плече сили l2, м	Момент сили М2, Н·м
1.	2	0,12	0,24	1	0,23	0,23
2.	3	0,13	0,39	2	0,20	0,4
3.	4	0,09	0,36	2	0,19	0,38
4.	3	0,05	0,15	5	0,035	0,165

6. Оцініть відносну похибку вимірювання. Для цього скористайтесь формулою

7. Заповніть табл. 2.

Таблиця 2

Висновки. Під час виконання цієї роботи ми з’ясували, за яких умов тіло із закріпленою віссю обертання перебуває в рівновазі. Переконалися на прикладі важеля, що для рівноваги потрібно, щоб алгебраїчна сума моментів сил, які діють на це тіло, дорівнювала нулю.