Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка для визначення сили на нерухомому блоці
У цьому експерименті сили, що діють на нитку (волосінь), яка розміщена навколо блока, приводяться в рівновагу.
Це явище ґрунтується на тому, що сили в нитці (волосіні) рівні на обох кінцях, коли мотузка знаходиться на натягнутому без тертя блоці. Звичайно, в реальності не може бути блока без тертя, але в цьому експерименті ми знехтуємо цим фактом, оскільки сили, що створюються тертям, тут є несуттєвими.
Нерухомий блок є важливою частиною поліспасту.
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
попередні
знання
Учні повинні мати базові уявлення про сили та вміти визначати вагу (силу тяжіння) тіла за допомогою динамометра.
Принцип
Сила, що створюється в цьому експерименті за рахунок тертя між ниткою (волосінню) і блоком, є незначною.
Тому, за законами статики, сума сил у вертикальному напрямку дорівнює нулю.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
Учні повинні дізнатися, які сили діють на нерухомий блок і як ці сили пов'язані з отриманими відстанями.
Завдання
Учні мають визначити які сили та яке переміщення виникають під час переміщення блока.
Крім того, шляхом обчислень вони мають визначити добутки переміщення і сили та порівняти отримані дані з виміряними.
Інструкції з техніки безпеки
До цього експерименту застосовуються загальні інструкції щодо безпечного проведення експериментів на уроках з природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Кран з підйомним механізмом (нерухомим блоком)
Нерухомі блоки часто використовують там, де необхідно піднімати важкі вантажі. Причиною цього є те, що канати, до яких кріпиться вантаж, часто можуть нести лише певне, менше навантаження, щоб залишатися достатньо гнучкими для намотування на лебідку.
При застосуванні декількох нерухомих і рухомих блоків (наприклад, на крані з блоком) навантаження розподіляється на кілька ділянок каната. У результаті підйом зазвичай займає більше часу, оскільки канат (трос) можна тягнути з меншим зусиллям, але при цьому відстань переміщення збільшується.
У цьому експерименті Ви дізнаєтеся про діючі сили і переміщення на нерухомому блоці.
Завдання
- Зрівноважте вантаж на нерухомому блоці за допомогою динамометра та перемістіть динамометр на певну відстань. Визначте відстань, на яку переміщується вантаж.
- Встановіть залежність між відстанню та силою шляхом обчислення та порівняння з виміряними даними.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=600 мм, d = 10 мм | 02037-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 4 | Штативний стрижень, нерж. ст., з отвором, l=100 мм | 02036-01 | 1 |
| 5 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 |
| 6 | Тримач для важків із прорізами, 10 г | 02204-01 | 1 |
| 7 | Гиря, 10 г, срібло/бронза | 02205-03 | 4 |
| 8 | Гиря, 50 г, срібло/ бронза | 02206-03 | 2 |
| 9 | Блок, рухомий, d=65 мм, з гаком | 02262-00 | 1 |
| 10 | Стрижень для блоку | 02263-00 | 1 |
| 11 | Динамометр, прозорий, 2 Н | 03065-03 | 1 |
| 12 | Тримач для скляної трубки | 05961-00 | 1 |
| 13 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 14 | Волосінь, d=0,7 мм, l=5 м | 02089-01 | 1 |
Додаткові матеріали
| № | Матеріал | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Скотч | 1 |
| 2 | Ножиці | 1 |
Підготовка (1/4)
З'єднайте половинки основи штатива і закріпіть у ній штативний стрижень довжиною 25 см по горизонталі.
Скрутіть два коротких штативних стрижні в один довгий довжиною 60 см.
Основа штатива
Основа штатива зі штативним стрижнем
Штативні стрижні з різьбою
Підготовка (2/4)
Вставте штатив довжиною 60 см вертикально в основу штатива і закріпіть його гвинтом.
Закріпіть нерухомий блок на тримачі для блоку і закріпіть його у верхній частині штативного стрижня за допомогою подвійної муфти.
Закріплення штативного стрижня
Збірка нерухомого блоку
Кріплення нерухомого блоку
Підготовка (3/4)
Стрижень у тримачі для скляних трубок
Прикріпіть короткий штативний стрижень на задній стороні тримача для скляних трубок.
Потім прикріпіть рулетку до передньої частини тримача для скляних трубок.
Затисніть короткий стрижень у подвійній муфті на штативному стрижні довжиною 60 см (трохи вище середини).
Прикріплення рулетки
Рулетка на штативі
Підготовка (4/4)
Прикріпіть подовжений кінець рулетки до поверхні столу шматком скотчу.
Відрегулюйте перевернутий вниз до нуля динамометр (нульова точка шкали розташована внизу).
Підвісьте тримач для важків на динамометр за допомогою шматка нитки (волосіні) завдовжки близько 70 см, пропустивши її через блок, як показано на рисунку.
Експериментальна установка
Виконання роботи (1/4)
Кріплення тягарців на тримач для важків
- Помістіть 4 тягарці по 10 г на тримач для важків (загальна маса становитиме 50 г).
- Щоб повісити тягарці на тримач, надіньте їх на верхню частину пластини тримача.
Виконання роботи (2/4)
- Примітка: Сили та переміщення з боку динамометра надалі позначаються індексом , а з боку вантажу - індексом .
- Тримайте вантаж за допомогою динамометра так, щоб він висів трохи вище поверхні столу, тобто .
- Зніміть показання сили динамометра . Виміряйте також на рулетці висоту нижнього краю динамометра над поверхнею столу.
Експериментальна установка
Виконання роботи (3/4)
- Тепер підвісьте динамометр вушком до стрижня в основі штатива і визначте висоту нижньої точки динамометра і вантажу за допомогою рулетки.
- Запишіть виміряні значення в таблицю 1 протоколу.
- Повторіть ці вимірювання () по черзі з масою 100 г, і потім 150 г.
- Запишіть виміряні значення також у таблицю 1 протоколу.
Визначення та .
Виконання роботи (4/4)
Розбирання основи штатива
- Щоб розібрати основу штатива, натисніть на жовті кнопки посередині і потягніть обидві половинки в сторони.
Протокол
Таблиця 1
50 г: F_f [N]:
50г: h_f0 [см]:
50г: h_l1 [см]:
50г: h_f1 [см]:
50 г: F_l [N]:
50г: s_l [см]:
50г: s_f [см]:
, г
50
100
150
100 г: F_f [N]:
100г: h_f0 [см]:
100г: h_l1 [см]:
100г: h_f1 [см]:
100 г: F_l [N]:
100г: s_l [см]:
100г: s_f [см]:
150 г: F_f [N]:
150г: h_f0 [см]:
150г: h_l1 [см]:
150г: h_f1 [см]:
150г: F_l [N]:
150г: s_l [см]:
150г: s_f [см]:
Запишіть результати вимірювань у таблицю. Зверніть увагу, що завжди застосовується таке: .
Обчисліть вагу вантажу , знаючи масу вантажу і запишіть отримані значення в таблицю.
З різниці () обчисліть переміщення вантажу , а з різниці () переміщення сили . Введіть отримані значення в таблицю.
Завдання 1
Питання
Таблиця 2
50
100
150
50 г: F_f*s_f [Нсм]:
50 г: F_l*s_l [Ncm]:
⋅ ⋅
100 г: F_f*s_f [Нсм]:
100 г: F_l*s_l [Нсм]:
150 г: F_f*s_f [Нсм]:
150 г: F_l*s_l [Нсм]:
Обчисліть добуток ⋅ для кожної з трьох мас від сил та переміщень сил і запишіть значення в таблицю.
Аналогічно обчисліть добуток ⋅ від навантажень та переміщень навантаження . Отримані значення також запишіть до цієї таблиці.
Завдання 2
Питання
Завдання 3
Питання
Завдання 4
Питання
Завдання 5
Питання