Додавання сил; паралелограм сил

Експериментальна установка для визначення паралелограма сил

Дві сили и , що діють у різних напрямках, створюють результуючу силу у паралелограмі сил, яка компенсує сили. Напрямок дії сил можна вибрати довільно. За допомогою паралелограма сил можна визначити ці сили графічно.

Сила може бути визначена аналітично за допомогою функцій кутів.

попередні знання

Учні повинні мати базове уявлення про сили та взаємозв'язок між масою і вагою. Крім того, учні повинні мати ґрунтовні знання про те, як взаємодіють односпрямовані та контрнаправлені сили.

Принцип

За допомогою паралелограма сил можна визначити результуючу силу , її величину та напрямок дії.

Мета навчання

Учні повинні навчитися визначати величину і напрямок сили, що виникає в результаті дії двох сил, без використання функцій кутів.

Завдання

Учні повинні визначити результуючу силу за напрямком і величиною, яка урівноважує дві різні сили та , що мають різні напрямки.

Примітка: Оцінка може бути виконана графічно за допомогою паралелограма сил без знання функцій кутів або як додаткове завдання за допомогою обчислень, якщо функції кутів відомі. Круглий диск із кутовим поділом, необхідний для оцінювання, додається у вигляді шаблону для копіювання. Копії слід роздати учням перед проведенням експерименту.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.

Вантовий міст

Як відомо, сили в одному напрямку додаються, а сили в протилежному напрямку віднімаються. У випадку моста вага буде "розподілена" між кількома опорами. Цей розподіл базується на відстані між окремими частинами та опорами. Це здійснюється таким чином, що результуючі сили на опорах діють сумарно вертикально вниз і, таким чином, підтримуються ними.

Це можна описати за допомогою так званого паралелограма сил, який надає інформацію про величину і напрямок результуючої сили. У цьому експерименті Ви дізнаєтесь, як побудувати та оцінити паралелограм сил.

Дослідіть, як вимірюється вага тіла двома динамометрами, розміщеними під певним кутом один до одного та відносно вертикалі.

Результати мають бути представлені в графічному вигляді.

Закручування штативних стрижнів

З'єднання основи штатива з довгим штативним стрижнем

Закріплення штативних стрижнів

Тримач динамометра в короткому стрижні

Кріплення штативних стрижнів до подвійної муфти

Встановлення і регулювання динамометрів

Експериментальна установка

Зав'яжіть петлю посередині нитки (волосіні) (приблизно 35 см) і зав'яжіть по одній петлі на кожному кінці. Підвісьте пластину тримача з важками на середню петлю нитки (волосіні) між двома динамометрами і навантажте їх загальною масою .

Щоб навантажити пластину тримача для важків з прорізами, прикріпіть їх до вузької частини (стрижня) тримача, а потім посуньте їх донизу.

Тримач для важків з прорізами

Розміщення та вирівнювання кутового диска

• Відрегулюйте дві подвійні муфти з динамометрами на однакову висоту.
• Тримайте круглий диск із кутовим поділом так, щоб центр кола збігався з точкою підвісу вантажу (вузол на петлі посередині жолоба), і поверніть кутовий диск так, щоб напрямок ваги збігався з однією з головних осей.

Регулювання динамометра в тримачі

• Відрегулюйте тримач динамометра з динамометром 1 Н таким чином, щоб два кути та , які утворюють сили и з вертикаллю були рівними.
• На кожному етапі, описаному нижче, переконайтеся, що вузол у середині нитки (волосіні), а отже, і точка підвісу вантажу знаходилася в центрі кутової шкали, і щоб напрямок ваги (сили тяжіння) продовжував збігатися з головною віссю.

Розсування частин основи штатива

• Для наступного вимірювання обидва кути повинні бути встановлені на однакову величину: .
• Послідовно встановіть обидва кути на 20°, 30°, 40° і 50°. Для цього поступово розсуньте обидві половини основи штатива. Вертикальне положення тримачів динамометрів не повинно змінюватися.
• Щоразу перевіряйте, чи відповідають кути зазначеному значенню, а потім зчитайте результуючі сили и . Запишіть отримані значення в таблицю 1 в протоколі.

40°

Змінюйте положення динамометрів

90°

• Тепер почніть знову з початкового положення.
• Крок за кроком переміщуйте динамометр на 1 Н вниз.
  Встановіть для кута по черзі такі кути, як показано на рисунках: 40°, 55°, 70°, 90° і 115°.
• Зчитуйте значення кутів і сил на кожному кроці та запишіть їх у таблицю 2.

паралелограм сил

Накресліть на аркуші паперу паралелограм сили для кожного з виміряних значень з Таблиці 1 і Таблиці 2 (Таблиця 1: однакові кути, Таблиця 2: різні кути). Визначте масштаб для сили, наприклад, .

Нанесіть отримані значення сили на діаграму і введіть значення у відповідну таблицю.