Сили, що діють на навантажений важіль

Експериментальна установка для визначення сили реакції опори

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 сили 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 нерухомій опорі можуть виникати горизонтальні та вертикальні сили реакції опори, а в рухомій опорі - тільки вертикальні сили опори.

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 навантаження прикладаються на відстані від опори , сили реакції опори в опорах та зазвичай не однакові. Кожна із сил опори має тільки одну вертикальну складову ( та ), яка також може бути визначена або виміряна безпосередньо за допомогою рівноваги сил і моментів:

Мета навчання

Учні мають розширити набуті знання про ненавантажений важіль і тепер аналогічним чином розглянути навантажений важіль. Таким чином, учні повинні отримати початкове базове розуміння закону важеля.

Завдання

1. Прикладіть додаткове навантаження до важеля, підвішеного на двох опорах.
2. Поступово змінюйте положення навантаження і визначайте результуючі сили реакції опори, що виникають та .

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.

Гойдалка, поперечна балка якої навантажена двома силами (коливання)

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 навантаженого важеля залежно від відповідного навантаження.

Визначте сили реакції опори важеля з додатковим навантаженням.

Для цього дійте таким чином:

1. Прикладіть до важеля додаткове навантаження.
2. Поступово змінювати положення вантажу.
3. Визначте сили реакції опори та .

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 до важеля

• Відріжте дві нитки (волосіні), кожна довжиною близько 10 см.
• Прикріпіть кожну з них петлею до двох зовнішніх отворів важеля, як показано на рисунку.
• Зав'яжіть ще одну петлю на відкритих кінцях і підвісьте важель на гачки двох динамометрів.

Підвішування важеля

• Відрегулюйте висоту динамометрів так, щоб важіль висів горизонтально.
• Зчитайте на динамометрі значення сил та без додаткового навантаження і запишіть виміряні значення в протокол.

Навантаження важеля і вимірювання сил та

• Підвісьте на тримач для важків два тягарця з прорізами по 10 г () на праву сторону на позначці "9".
• Виміряйте результуючі сили та і запишіть їх у таблицю протоколу.
• Підвішуйте тягарці крок за кроком, починаючи з правого боку до позначок "7", "5", "3", "1" і далі ліворуч до позначок "1", "3", "5", "7" і "9".
• Запишіть відповідні виміряні значення сил для та і внесіть їх у таблицю 1.

Визначення ваги важеля

• Визначте вагу важеля .
• Підвісьте важіль по центру на динамометр 2 Н і запишіть виміряне значення.

Тепер візьміть аркуш паперу (в клітинку) і намалюйте на ньому систему координат, як показано на рисунку поруч:

• вісь y: 0 Н ... 1 Н ()
• вісь х: -10 ... 10 (позначка)

Тепер запишіть тут виміряні значення сил для та і з'єднайте точки кривою.

Діаграма для введення певних значень

Важіль із додатковим навантаженням

Вимірювання сил та

Експериментальна установка