Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду
У цьому досліді пластинчасту пружину затискають горизонтально й навантажують силою на зовнішньому кінці. Прикладена сила створює згинальний момент , який навантажує пружину. Найбільший цей момент у точці прикладання сили, а до опори пластинчастої пружини він спадає, аж поки в самій опорі не стане нульовим.
Згинальний момент дорівнює добутку діючої сили на плече :
Інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають розуміти основи вчення про сили. Найкраще, якщо вони вже виконали дослід із закону Гука, знають поняття жорсткості пружини і зв'язок між відхиленням пружини та прикладеною до неї силою.
Навчальна мета
Учні мають дослідити поведінку, тобто деформацію пластинчастої пружини під навантаженням (під дією прикладеної сили), подати результати вимірювань у вигляді графіка й насамперед визначити жорсткість пружини .
Інформація для вчителів (2/2)
Принцип
Виміряні значення і функція наближення
До опрацювання результатів
Побудова прямої найкращого наближення:
Інструментом прямої в застосунку можна провести пряму найкращого наближення через перші 5 точок вимірювання. Важливо, щоб перше вимірювання справді відповідало відхиленню 1 см, друге - 2 см і так далі. Рівняння прямої тоді зчитують просто з виведених даних.
Вказівки щодо виконання
- Датчик сили треба відтарувати - це відбувається автоматично при вмиканні й вимиканні датчика.
Або так: у застосунку вибирають датчик, потім вибирають "Обнулити" і зберігають. - Слід стежити за правильною висотою датчика сили: висота вільного кінця пластинчастої пружини зі зростанням відхилення зменшується. Якщо висоту датчика не підправляти, результати вимірювань спотворюються. Зазвичай висоту датчика сили слід підправляти після таких відхилень: 5 см, 8 см, 10 см, 12 см, 13 см, 14 см, 15 см.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Ти вже колись замислювався, як пилососу вдається змотати шнур одним натисканням кнопки? Цей механізм називають приводом зі стрічковою пружиною: дві спіральні пружини змотуються й розмотуються назустріч одна одній і рухають два барабани, які намотують і розмотують електричний шнур.
Спіральна пружина - це пластинчаста пружина, згорнута спіраллю, а отже, дуже сильно зігнута. У цьому досліді ти роздивишся таку пластинчасту пружину ближче.
Вона зігнута не так сильно, як спіральна пружина, але має схожі властивості.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Cobra SMARTsense - сила і прискорення (Bluetooth + USB) | 12943-00 | 1 |
| 2 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 4 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 2 |
| 5 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 |
| 6 | Пластинчаста пружина, 300 × 15 × 0,5 мм | 02228-00 | 1 |
| 7 | Тримач скляних трубок із затискачем для мірної стрічки | 05961-00 | 1 |
| 8 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 9 | Волосінь, на котушці, d = 0,7 мм, 20 м | 02089-00 | 1 |
| 10 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 11 | measureAPP - безкоштовне вимірювальне програмне забезпечення для всіх пристроїв | 14581-61 | 1 |
Завдання
- Відхили пластинчасту пружину з положення рівноваги і виміряй динамометром повертальну силу.
- Опрацюй результати вимірювань на графіку.
- Зістав при цьому повертальну силу і відхилення.
Складання (1/5)
Для вимірювання датчиками Cobra SMARTsense потрібен PHYWE measureAPP. Застосунок можна безкоштовно завантажити у відповідному магазині застосунків (QR-коди див. нижче). Перед запуском застосунку перевір, чи ввімкнено на твоєму пристрої (смартфон, планшет, настільний ПК) Bluetooth.
iOS
Android
Windows
Складання (2/5)
З'єднай розбірні штативні стрижні у два довгі штативні стрижні завдовжки 600 мм кожен.
Приєднай дві половини штативної основи до обох кінців довгих штативних стрижнів.
Піднявши фіксувальні важільці, ти закріплюєш відповідний штативний стрижень у штативній основі.
Штативні стрижні з різьбою
Складання основ
Закріплення штативного стрижня
Складання (3/5)
Тепер устав у штативну основу вертикально короткий штативний стрижень і міцно закрути його.
Закріпи подвійну муфту посередині одного з горизонтальних штативних стрижнів.
Потім закріпи мірну стрічку тримачем скляних трубок на другому горизонтальному штативному стрижні.
Складання основи
Мірна стрічка в тримачі скляних трубок
Закріплення мірної стрічки
Складання (4/5)
Схема досліду
- Доповни схему досліду згідно з малюнком поруч.
- Для цього затисни датчик сили на вертикальному штативному стрижні.
- Як закріпити пластинчасту пружину в подвійній муфті та як прив'язати волосінь до пластинчастої пружини, дивись на малюнках на наступній сторінці.
Складання (5/5)
Кріплення пластинчастої пружини в подвійній муфті
Кріплення волосіні на пластинчастій пружині
- Простеж також за правильним кріпленням пластинчастої пружини в подвійній муфті (малюнок ліворуч угорі). Пластинчасту пружину затискають вертикально вгору.
- З'єднай пластинчасту пружину з гачком датчика сили петлею завдовжки приблизно 5 см–10 см, як показано на малюнку ліворуч унизу
- Потім посунь подвійну муфту з пластинчастою пружиною праворуч, поки петля не натягнеться і пружина трохи не зігнеться петлею в бік датчика сили.
- Встанови мірну стрічку так, щоб „кінець 0 см“ був точно біля лівого боку подвійної муфти пластинчастої пружини!
Виконання (1/2)
Приклад вимірювання повертальної сили
- Увімкни свій датчик Cobra SMARTsense Force. Відкрий measureAPP і вибери динамометр як датчик.
- При вмиканні датчик сили тарується, тобто спочатку показує силу тяжіння 0 Н. Або ж датчик треба відтарувати вручну у стартовому положенні - тоді ти вибираєш "Обнулити".
- Вимірювання виконують точка за точкою. Для цього встанови "Вимірювання за натисканням кнопки".
- Тепер посунь подвійну муфту з пластинчастою пружиною на 1 см праворуч і запусти вимірювання.
Виконання (2/2)
Пряма регресії
- Отже, перша точка вимірювання відповідає відхиленню 1 см. Перед кожним новим значенням пружину посувають ще на 1 см.
- Роби так, поки відхилення не сягне загалом 15 см. Тоді заверши вимірювання і збережи його. Стеж, щоб гачок датчика сили щоразу був приблизно на тій самій висоті, що й вільний кінець пластинчастої пружини. Можливо, висоту датчика сили доведеться підправляти під час вимірювання.
- Опрацюй свої дані за питаннями в протоколі. За спостереження візьми своє вимірювання на планшеті.
Протокол
Завдання 1
www.giphy.com
Питання
Питання
Питання
Завдання 2
Перетягни слова на правильні місця Для ____ відхилень перебіг виміряних значень ____ відхиляється від лінійного. Це стається приблизно від відхилення ____. Не знадобиться: ____ (прикметник), ____ (відхилення).
Завдання 3
Жорсткість пластинчастої пружини означують як частку від ділення сили , що тягне перпендикулярно до кінця пластинчастої пружини, на відповідне відхилення
Питання
Питання