Сили, що діють на ненавантажений важіль

Експериментальна установка для визначення реакцій опори ненавантаженого важеля

Якщо важіль підтримується за допомогою двох опор, сили реакції опор в обох опорах однакові та маса важеля постійна по всьому його перетину, то він зазнає зовнішніх навантажень, які діють точно в центрі важеля. Однак, якщо сила або кілька сил прикладені поза центром, то реакції опори будуть іншими. У нормальному випадку - статично визначеному - важіль підтримується за допомогою класичної нерухомої / рухомої опори. Рухома опора тримає тіло за одним або двома ступенями свободи, тобто, дозволяє переміщення в одному/двох напрямках.

У статиці розрізняють три типи опор за ступенем свободи: рухому, нерухому та защемлену. Ступінь свободи нерухомої опори дорівнює 1, а рухомого - 2.

попередні знання

Перед проведенням цього експерименту рекомендується, щоб учні вже набули базових знань за темою "Сила та протидія" і мали досвід вимірювання сил та їхніх дій. Крім того, було б добре, щоб учні ознайомилися з поняттям "моменти сил на важелі".

Принцип

Якщо важіль підтримується з обох кінців і не піддається навантаженню, то реакції опори в підшипниках и однакові. Кожен із них має тільки одну вертикальну складову, якщо важіль розташовується повністю горизонтально. Ці компоненти и у цьому разі відповідають половині навантаження від загальної ваги важеля.

Мета навчання

Мета експерименту - показати учням, які сили діють в опорах симетрично підтримуваного (закріпленого) важеля. Крім того, експеримент має дати учням уявлення про те, який ефект можуть мати ці сили.

Завдання

1. Визначте сили реакції опори ненавантаженого важеля при його симетричному закріпленні.
2. Визначте сили реакції опори ненавантаженого важеля при його асиметричному закріпленні.

Переконайтеся, що за петлі підвішений сам важіль, а не тільки маркувальні штифти.

До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів під час викладання природничих наук.

Каркас висотної будівлі

Балки, важелі, ферми та інші несучі елементи є центральним елементом багатьох будівельних інженерних споруд. Правильно спроектовані, вони здатні витримувати дуже великі навантаження або розподіляти їх по так званих опорах (точках опори) важеля. Якщо він додатково навантажений зовнішніми силами, їх необхідно враховувати під час будівництва.

Подумайте, наприклад, про сталеві балки, які використовуються у висотній будівлі, про поперечні балки (рігелі) в кроквяній фермі скатного даху або підвіски для гойдалок, а також про вісі поїздів або вантажівок.

У цьому експерименті досліджуються сили реакції опори ненавантаженого важеля залежно від відповідного навантаження.

Визначте результуючі сили в опорах важеля. Ці сили також відомі як так звана реакція опори.

Визначте сили реакції опори ненавантаженого важеля:

1. Симетричне закріплення важеля.
2. Асиметричне закріплення важеля.

Скручування штативних стрижнів

З'єднання основи штатива з довгим штативним стрижнем

Кріплення штативних стрижнів

Вставте тримач динаметра в штативний стрижень

Кріплення штативних стрижнів до подвійної муфти

Встановлення та регулювання динамометрів

Кріплення динамометра до штативного стрижня

Зробіть 2 петлі на кінцях волосіні (нитки) (довжина нитки близько 10 см кожна) і повісьте їх на гачки динамометра.

Зсуньте другу петлю волосіні (нитки) над кінцями важеля до позначки '10'.

Примітка:Переконайтеся, що кожна петля досить велика, щоб її можна було переміщати на маркувальні штирі на важелі.

Підвішування важеля (натягніть волосінь (нитку) на кінець важеля)

Регулювання відстані між частинами основи штатива

Ваша експериментальна установка має відповідати рисунку.

Для цього спочатку перемістіть дві половинки основи штатива горизонтально так, щоб обидві петлі з динамометрами висіли вертикально на позначках "10" праворуч і ліворуч від важеля

Потім відрегулюйте два динамометри з подвійними петлями по вертикалі так, щоб важіль розташовувався горизонтально.

Налаштування експериментальної установки

• Перед кожним вимірюванням завжди перевіряйте, щоб важіль висів горизонтально, і завжди проштовхуйте петлі зовні на використовувані маркувальні штифти.
• Відрегулюйте дві половинки основи штатива так, щоб динамометр і петлі висіли вертикально.
• Визначте показання обох динамометрів, коли петлі перебувають на позначці "10" з кожного боку. Запишіть значення сил и у таблицю 1.

Вимірювання сил и

Зміна положення важеля

• Переміщайте петлі (і підстави штатива) одна за одною до позначки "6", а потім до позначки "3".
• Рахуйте значення обох динанометрів і введіть виміряні значення в таблицю 1.

Визначення ваги важеля

• Визначте за допомогою динамометра вагу важеля.
• Для цього підвісьте важіль по центру на динамометр 2 Н і запишіть виміряне значення.

Зміна положення правого боку важеля

• Повернути важіль у вихідне положення (позначка "10").
• Тепер помістіть правий динамометр по черзі один за одним на позначки "8","6","4", "2" і "0" залишивши лівий динамометр на позначці "10" у цій серії вимірювань.
• Зчитайте показання обох динаметрів у кожному положенні та запишіть значення сил и у таблицю 2 Протоколу.