Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Механічна робота визначається як інтеграл сили прикладеної від точки 1 до точки 2.
Припускаючи, що сила постійна, тоді роботу можна спрощено виразити як добуток сили на переміщення .
Додаткова інформація для вчителів (1/2)
попередні знання
Учні повинні мати базове розуміння сил і вміти визначати вагу тіла за допомогою динамометра. В ідеалі, учні повинні вже мати базові знання про сили та шляхи руху на нерухомому/нерухомому блоці.
Принцип
Завдяки раніше розглянутій залежності між силою і переміщенням по відношенню до виконуваної роботи , сила, необхідна для підйому вантажу, може бути зменшена вдвічі, якщо подвоїти відстань, яку потрібно подолати. Цей простий принцип використовується в роботі поліспаста.
Додаткова інформація для вчителів (2/2)
Мета навчання
На прикладі використання нерухомого і рухомого блоків (поліспаста) учні мають зрозуміти, що силу, необхідну для підняття певного вантажу, можна зменшити вдвічі, якщо використовувати два блока, порівняно з вагою вантажу. Однак для цього потрібно подолати більшу відстань.
Завдання
- Встановіть поліспаст і зрозумійте, як він працює.
- Піднімайте різні вантажі за допомогою поліспасту і визначайте величину вантажу і сили для кожного з них.
- Підніміть вантаж і визначте величину необхідного перміщення вантажу та сили.
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 поліспастом
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 та способи роботи поліспаста.
Завдання
- Зберіть поліспаст з рухомого і нерухомого блоків та ознайомтеся з принципом його роботи.
- Підніміть різні вантажі та визначте вагу вантажу і прикладену силу.
- Підніміть певний вантаж і визначте переміщення вантажу та динамометра.
Матеріал
| Позиція | Матеріал | Пункт №. | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Основа штатива, PHYWE | 02001-00 | 1 |
| 2 | Штативний стрижень, нерж. ст., з різьбою, l = 600 мм, d = 10 мм | 02035-00 | 1 |
| 3 | Штативний стрижень, нерж. ст., l=250 мм, d = 10 мм | 02031-00 | 1 |
| 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 1 |
| 5 | Тримач для важків із прорізами, 10 г | 02204-01 | 1 |
| 6 | Гиря, 10 г, срібло/бронза | 02205-03 | 4 |
| 7 | Гиря, 50 г, срібло/ бронза | 02206-03 | 3 |
| 8 | Блок, рухомий, d=65 мм, з гаком | 02262-00 | 1 |
| 9 | Блок, рухомий, d=40 мм, з гаком | 03970-00 | 1 |
| 10 | Стрижень для блоку | 02263-00 | 1 |
| 11 | Динамометр, прозорий, 2 Н | 03065-03 | 1 |
| 12 | Рулетка, l=2 м | 09936-00 | 1 |
| 13 | Волосінь, d=0,7 мм, l=5 м | 02089-01 | 1 |
Додаткові матеріали
| № | Матеріал | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Ножиці | 1 |
Підготовка (1/3)
Спочатку скрутіть штативні стрижні разом, щоб сформувати довгі штативні стрижні.
Проштовхніть штативний стрижень завдовжки 25 см через отвір в основі штатива і закріпіть його важелем.
Закріпіть довгий штативний стрижень вертикально в основі штатива.
Скручування опорних стрижнів
Монтаж основи штатива
Кріплення штативного стрижня в основі
Підготовка (2/3)
Приготуйте шматок нитки (волосіні) завдовжки близько 120 см із петлею на кожному кінці.
Закріпіть блок ( 6,5 см) у стрижні для блоку і прикріпіть один кінець нитки (волосіні) до стрижня блоку.
Закріпіть блок за допомогою подвійної муфти на довгому штативному стрижні.
Прикріплення блока до стрижня
Прикріплення нитки (волосіні)
Приріплення блоку до штатива
Підготовка (3/3)
Зберіть поліспаст:
Використовуйте малий блок ( 40 мм) як рухомий блок.
Протягніть вільний кінець нитки (волосіні) спочатку через малий блок, а потім через великий.
Відрегулюйте перевернутий вниз до нуля динамометр (нульова точка шкали розташована внизу).
Підвісьте кінець нитки (волосіні) до динамометра 2Н і прикріпіть його до штативного стрижня 25 см.
Експериментальна установка
Виконання роботи (1/4)
Завантаження рухомого блоку
- Визначити вагу рухомого блоку і запишіть значення в таблицю 1 у протоколі.
- Потім на рухомий блок повісьте тримач для важків і різні тягарці так, щоб навантаження становило 50 г, 100 г, 150 г і, нарешті, 200 г. За допомогою динамометра визначте відповідні сили для кожного вантажу і запишіть виміряні значення в таблицю 1.
Виконання роботи (2/4)
Зніміть динамометр з блоку
- Візьміть вантаж масою 100 г і зніміть динамометр.
- Встановіть вантаж на поверхню столу і натягніть нитку (волосінь).
- Відрегулюйте висоту нерухомого блоку так, щоб його позначка була розташована праворуч.
- Зав'яжіть вузол на нитці (волосіні) в тому місці, де знаходиться точка відліку (позначка) на нерухомому ролику.
Виконання роботи (3/4)
Вимірювання пройдених відстаней
- Потягніть донизу вільний кінець нитки (волосіні) по діагоналі та виміряйте її довжину між маркерним вузлом і правою стороною нерухомого шківа.
- Виміряйте відстань , на яку було піднято вантаж.
- Запишіть виміряні значення в таблицю в протоколі.
Виконання роботи (4/4)
Розбирання основи штатива
- Щоб розібрати основу штатива, натисніть на жовті кнопки посередині і потягніть обидві половини в сторони.
Протокол
Таблиця 1
Розрахувати згідно з формулою
с:
Введіть розраховані значення в таблицю.
Додатково розрахувати суму и і повний стіл.
Запишіть значення для виміряної сили у таблицю і розрахуйте загальну вагу вантажу як суму розрахованої ваги тягарців та рухомого блоку .
50
100
150
200
m = 50 г: F [N]:
m = 50 г: F_m [N]:
m = 50 г: F_G [N]:
Вага блоку
F_G, Roll [N]:
м = 100 гр: Ф [Н]:
м = 100 гр: F_m [N]:
м = 100 гр: F_G [N]:
.
m = 150 г: F [N]:
m = 150 г: F_m [N]:
m = 150 г: F_G [N]:
m = 200 г: F [N]:
m = 200 г: F_m [N]:
m = 200 г: F_G [N]:
Таблиця 2
Запишіть виміряні значення з другої частини експерименту (без динамометра). Використовуйте сили, визначені в першій частині експерименту для . Добуток відстані на силу називається роботою.
s_l [см]:
s_f [cm]:
s_l * F_G [Ncm]:
s_f * F [Ncm]:
Визначення пройдених відстаней
Завдання 1
Експериментальна установка
Питання
Завдання 2
Експериментальна установка
Питання
Завдання 3
Порівняння між та
Питання
Завдання 4
Експериментальна установка
Питання
Завдання 5
Експериментальна установка
Питання