Інформація для вчителів
Застосування
У цьому досліді пластинчасту пружину закріплюють горизонтально і навантажують силою на вільному кінці. Прикладена сила створює згинальний момент , який навантажує пружину. Згинальний момент найбільший у точці прикладання навантаження і меншає в бік опори пружини, аж поки в самій опорі не стає нулем.
Згинальний момент дорівнює добуткові діючої сили на плече :
Схема досліду
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають мати базове розуміння сил. В ідеалі вони вже виконали дослід із закону Гука і знають поняття жорсткості пружини, а також залежність видовження пружини від прикладеної сили.
Принцип
Для характеристик пластинчастих пружин діють такі самі лінійні залежності, як і для гвинтових.
Примітка: цей дослід може слугувати підготовкою до дослідів із паралелограмом сил.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
Завдання
Учні мають дослідити поведінку пластинчастих пружин під навантаженням і навчитися визначати жорсткість такої пружини.
- Учні мають дослідити поведінку пластинчастої пружини під навантаженням і визначити її жорсткість D.
- У тій самій установці за сталого відхилення слід визначити силу тяги під різними кутами і спробувати пояснити результат.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Трамплін
Як ти знаєш, трампліни у стрибках у воду підсилюють імпульс при відштовхуванні й дають змогу стрибнути вище і швидше обертатися.
Є чимало застосувань, де замість гвинтової пружини беруть пластинчасту, бо за однакової пружної дії пластинчасті зазвичай дешевші.
У цьому досліді ти досліджуєш властивості пластинчастої пружини.
Завдання
У цьому досліді ти ознайомишся з основними залежностями між навантаженням і жорсткістю пластинчастої пружини. Дій так:
- Дослідь поведінку пластинчастої пружини під навантаженням і визнач жорсткість D.
- Визнач силу за сталого відхилення, але під різними кутами.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість | 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 | 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 | 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., з різьбою, l = 600 мм, d = 10 мм | 02035-00 | 2 | 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 | 5 | Пластинчаста пружина, 300 × 15 × 0,5 мм | 02228-00 | 1 | 6 | Динамометр, прозорий, 1 Н | 03065-02 | 1 | 7 | Тримач для динамометра | 03065-20 | 1 | 8 | Тримач скляних трубок із затискачем для мірної стрічки | 05961-00 | 1 | 9 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 | 10 | Волосінь, на котушці, d = 0,7 мм, 20 м | 02089-00 | 1 | 11 | Штативний стрижень, нерж. ст., з отвором, l=100 мм | 02036-01 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Ножиці | 1 |
Складання (1/5)
З'єднай розбірні штативні стрижні в один довгий стрижень завдовжки 600 мм.
Насади дві половини штативної основи на обидва кінці довгого стрижня.
Піднявши фіксувальні важільці, ти закріпиш стрижень у штативній основі.
Штативні стрижні з різьбою
Складання основ
Закріплення штативного стрижня
Складання (2/5)
Тепер устав вертикально в штативні основи по одному стрижню (праворуч 600 мм, ліворуч 250 мм), міцно прикрути їх і закріпи на обох вертикальних стрижнях по подвійній муфті.
Устав тримач динамометра (затискач зі штекером) у короткий стрижень.
Складання основи
Закріплення подвійної муфти
Тримач у штативному стрижні
Складання (3/5)
Затисни короткий штативний стрижень із затискачем у подвійній муфті на стрижні 600 мм.
Тепер закріпи витягнуту мірну стрічку посередині тримача скляних трубок.
Потім насади все це також на стрижень 600 мм.
Тримач на штативі
Мірна стрічка в тримачі скляних трубок
Тримач скляних трубок на штативі
Складання (4/5)
Закріпи пластинчасту пружину на короткому штативному стрижні подвійною муфтою так, щоб її задній край був урівень із муфтою.
Візьми шматок волосіні завдовжки приблизно 12 см і надінь його петлею на передній кінець пластинчастої пружини, як показано на рисунку.
Утворена петля з волосіні
Пластинчаста пружина в подвійній муфті
Пластинчаста пружина в подвійній муфті
Складання (5/5)
Наостанок посунь половини штативної основи так, щоб пластинчаста пружина й мірна стрічка були приблизно на такій відстані, як показано на рисунку.
Мірна стрічка має бути досить близько до пружини, щоб надійно зчитувати довжину, і водночас досить далеко, щоб не блокувати й не заважати пружині.
Тоді зв'яжи обидва кінці волосіні в петлю і почепи петлю на пружинний динамометр. Закріпи динамометр у передбаченому для цього тримачі.
З'єднання динамометра з пластинчастою пружиною
Виконання (1/3)
Виставлення мірної стрічки
Вистав мірну стрічку так, щоб певна позначка (наприклад, 20 см) була на висоті ненавантаженої пружини.
Далі по черзі тягни динамометром вертикально вгору (паралельно до штативного стрижня) кроками по 0,1 Н до максимальної сили 1,0 Н. Для кожної з цих десяти сил зчитай відхилення і внеси значення до таблиці 1 у протоколі.
Навантаження пластинчастої пружини
Виконання (2/3)
Тепер вибери певну силу, наприклад 0,6 Н.
Спершу, як описано вище, визнач зміну кінцевого положення пружини , але тримай динамометр вільно в руці.
Запиши виміряне відхилення в таблицю 2 у протоколі.
Навантаження пластинчастої пружини
Виконання (3/3)
Зміна кута навантаження
Виміряне відхилення далі слід тримати сталим.
Потім (за того самого відхилення) зміни кут динамометра відносно пружини: потягни один раз паралельно до стільниці, а другий - під кутом близько 45° до стільниці.
В обох випадках зчитай отриману показану силу і внеси значення також до таблиці 2 у протоколі.
Протокол
Таблиця 1
F = 0,1 Н: Delta l [см]:
F = 0,1 Н: D [Н/см]:
F = 0,6 Н: Delta l [см]:
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1,0
F = 0,2 Н: Delta l [см]:
F = 0,2 Н: D [Н/см]:
F = 0,7 Н: Delta l [см]:
F = 0,3 Н: Delta l [см]:
F = 0,3 Н: D [Н/см]:
F = 0,8 Н: Delta l [см]:
F = 0,4 Н: Delta l [см]:
F = 0,4 Н: D [Н/см]:
F = 0,9 Н: Delta l [см]:
F = 0,5 Н: Delta l [см]:
F = 0,5 Н: D [Н/см]:
F = 1,0 Н: Delta l [см]:
Запиши свої виміряні значення до першої частини досліду й обчисли жорсткість для перших п'яти значень (від 0,1 Н до 0,5 Н).
Таблиця 2
Відхилення Delta l [см]:
Запиши свої виміряні значення до другої частини досліду.
Відхилення: (стале)
Напрямок тяги:
Напрямок тяги вертикально (90°): F [Н]:
Вертикально (90°)
По діагоналі (45°)
Паралельно (0°)
Напрямок тяги по діагоналі (45°): F [Н]:
Напрямок тяги паралельно (0°): F [Н]:
Завдання 1
Визнач середнє значення жорсткості для перших 5 виміряних значень.
Середнє: D [Н/м]:
.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання