Рухомий блок - сила і рух

Експериментальна установка

У цьому експерименті сили, що діють на нитку (волосінь), яка розміщена навколо рухомого блоку (шківа), приводяться у 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.

попередні знання

Учні повинні мати базове уявлення про сили та вміти визначати вагу тіла за допомогою динамометра. В ідеалі, учні вже мають базові знання з теми "Нерухомий блок - Сили та шляхи".

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.

Мета навчання

Учні мають дізнатися, які сили діють на рухомий блок і як ці сили пов'язані з результуючими відстанями.

Завдання

1. Визначте сили, що діють на рухомий блок, які виникають на двох підвісах, коли блок навантажений тягарцями з різною масою.
2. Змініть точку прикладання сили (траєкторію сили) і дослідіть вплив на вантаж (траєкторію навантаження). На основі виміряних значень слід вивести співвідношення, які застосовуються до рухомого блоку.

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

Кран з рухомим блоком

Рухомі 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 рухомому блоці.

• Визначте сили, що діють на рухомий блок, які виникають на двох підвісах, коли блок навантажений тягарцями з різною масою.
• Змініть точку прикладання сили (траєкторію сили) і дослідіть вплив на вантаж (траєкторію навантаження). На основі виміряних значень слід вивести співвідношення, які застосовуються до рухомого блоку.

Прикріплення та регулювання динамометра

• Прикріпіть подвійні муфти до двох вертикальних штативних стрижнів на верхньому кінці та закріпіть у них динамометри за допомогою тримача та короткого штативного стрижня.
• Тепер закріпіть обидва динамометри і відрегулюйте їх на нуль за допомогою гвинтів.
• Приготуйте шматок нитки (волосіні) довжиною близько 35 см і зав'яжіть на кожному кінці по одній петлі.

Визначення

• Виміряйте вагу блоку за допомогою динамометра 1 Н і запишіть значення.

• З'єднайте два динамометри ниткою (волосінню) і підвісьте на неї рухомий блок.

Визначення сил и

• Прикріпіть тримач для важків до гачка на рухомому блоці.
• По черзі навантажуйте рухомий блок вантажем масою так, щоб загальна маса відповідала масам , наведеним у таблиці 1, і виміряйте сили та .
  
• Результати вимірювань запишіть у таблицю в протоколі.

Зміна положення динамометра і траєкторії навантаження

• Тепер затисніть динамометр 1 Н так, щоб вантаж знаходився трохи вище поверхні столу, навантажте блок загальною масою і знову зчитайте показання обох динамометрів и .
• Виміряйте висоту динамометра 1 Н над поверхнею столу (висота вантажу над поверхнею столу дорівнює 0).
• Динамометр слід рівномірно піднімати, щоб підняти вантаж приблизно на 2 см за раз.
• Для кожного положення вантажу зчитуйте його висоту над поверхнею столу і висоту динамометра 1 Н. На кожному етапі зчитуйте виміряні значення для и . Запишіть до протоколу всі значення в таблицю 2.

Запишіть виміряні значення в таблицю.

20

40

60

80

100

.

Знайдіть силу за формулою:

де

Додатково обчисліть суму та .

Результати обчислень запишіть у таблицю.

Запишіть результати вимірювань у таблицю і обчисліть шляхи зміни навантаження від різниці висот до вихідного положення для навантаження і сили и і заповніть таблицю.

Запишіть значення обох динамометрів і значення ваги , якщо .

0

2

4

6

8

10

Експериментальна установка

Експериментальна установка

Експериментальна установка