Інформація для вчителів
Опис
Експериментальна установка
Робота, необхідна для підйому вантажу , дорівнює добутку сили на переміщення :
Якщо Ви хочете зменшити необхідну силу, Ви можете зробити це за допомогою поліспаста. Це збільшує відстань, необхідну для підйому, в той час як сила зменшується в тій же пропорції.
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 поліспаста учні мають розуміти, що сила, необхідна для підйому певного вантажу, зменшується в тій самій пропорції, що й кількість блоків.
Завдання
- Визначте залежність між навантаженням і силою в стані рівноваги.
- Визначте, чи пов'язано це з кількістю використовуваних блоків.
- Дослідіть, чи відрізняється переміщення вантажу від переміщення сили.
- Дослідіть, чи є відмінності для добутків .
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
Поліспаст зазвичай складається з комбінації декількох нерухомих і рухомих блоків.
- Зберіть поліспаст з двох нерухомих і двох рухомих блоків
- Експериментально визначте, яка сила потрібна для підйому вантажу за допомогою такого поліспаста
- Вивчіть, наскільки великим має бути переміщення, щоб підняти вантаж на певну відстань.
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., з отвором, l=100 мм | 02036-01 | 1 |
| 4 | Подвійна муфта | 02043-00 | 2 |
| 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 | Блоки, подвійні | 02266-00 | 2 |
| 9 | Стрижень для блоку | 02263-00 | 1 |
| 10 | Динамометр, прозорий, 2 Н | 03065-03 | 1 |
| 11 | Тримач для динамометра | 03065-20 | 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 |
| 2 | фломастер | 1 |
Підготовка (1/5)
Спочатку скрутіть штативні стрижні разом, щоб сформувати довгі штативні стрижні.
З'єднайте дві половинки основи штатива з довгим штативним стрижнем і зафіксуйте його.
Скручування опорних стрижнів
Монтаж основи штатива
Кріплення штативного стрижня
Підготовка (2/5)
Закріпіть по одній подвійній муфті в нижній і верхній частині довгого штативного стрижня.
Прикріпіть подвійний блок на стрижень і затисніть стрижень у верхній подвійній муфті.
Вставте тримач динамометра в короткий штативний стрижень і закріпіть його в нижню подвійну муфту.
Кріплення подвійної муфти
Кріплення подвійного блоку
Кріплення тримача динамометра в штативному стрижні
Підготовка (3/5)
Кріплення нитки (волосіні) на подвійному блоці
Візьміть шматок нитки (волосіні) довжиною близько 110 см і на кожному кінці зав'яжіть по одній петлі.
Прикріпіть одну петлю нитки (волосіні) до нижнього вільного гачка верхнього рухомого блоку.
Потім проведіть нитку (волосінь) над першим із чотирьох блоків (малим верхнім блоком рухомого подвійного блоку), як показано на рисунку.
Проведення нитки (волосіні) через подвійний блок
Підготовка (4/5)
Проведення нитки (волосіні) через другий блок
Тепер проведіть нитку (волосінь) над другим блоком: тут малий блок нерухомого подвійного блоку зверху.
Далі, пропустіть нитку (волосінь) через третій блок: внизу - великий блок подвійного блоку.
Проведення нитки (волосіні) через третій блок
Підготовка (5/5)
Проведення нитки (волосіні) через четвертий блок
Нарешті, ви пропускаєте нитку (волосінь) над четвертим і останнім блоком: тут великий блок нерухомого подвійного блоку зверху.
Повісьте на інший кінець нитки (волосіні) відрегульований на нуль динамометр і закріпіть його в тримачі для динамометра.
Виконання роботи (1/3)
Визначення ваги
- Вага подвійного ролика дорівнює . Переконайтеся в цьому після експерименту за допомогою динамометра.
- Навантажте блок масою 50 г (тримач для важків з 4 гирями по 10 г) і виміряйте силу на динамометрі.
- Повторіть вимірювання сили для вантажів масою 100 г, 150 г і 200 г .
- Запишіть всі свої вимірювання в таблицю 1 протоколу.
Визначення сили
Виконання роботи (2/3)
Експериментальна установка
- Тепер замініть нитку (волосінь) довжиною 110 см на шматок нитки (волосіні) завдовжки близько 4 - 5 м.
- Переконайтеся, що нитка (волосінь) проходить через чотири блоки так само, як і в першій частині експерименту.
- Розташуйте всю установку близько до краю столу так, щоб вантаж міг безперешкодно переміщатися повз поверхню столу.
- Завантажте поліспаст загальною масою 150 г і дайте нитці (волосіні) рухатися доти, доки навантаження опиниться на підлозі.
Виконання роботи (3/3)
Маркування нитки (волосіні)
- Відзначте точку на нитці (волосіні) в певному місці встановлення, наприклад, під основою штатива.
- Потягніть нитку (волосінь) доти, доки вантаж не досягне краю столу, і знову зробіть позначку на нитці (волосіні).
- Визначте значення сили як і в попередній частині експеримента.
- Виміряйте відстань від підлоги до краю столу, через який пройшов вантаж (шлях навантаження ) і довжину нитки (волосіні) між двома позначками (шлях сили ).
- Усі виміряні значення запишіть до протоколу в таблицю 2.
Протокол
Таблиця 1
Запишіть виміряні значення в таблицю і розрахуйте вагу з урахуванням ваги подвійного блоку .
Знайдіть коефіцієнти і запишіть результати в таблицю.
50
100
150
200
m = 50 г: F [N]:
m = 50 г: F_G [N]:
m = 50 г: F_G/F:
м = 100 гр: Ф [Н]:
м = 100 гр: F_G [N]:
м = 100 гр: F_G/F:
F_G, Roll [N]:
Вага подвійного блоку
m = 150 г: F [N]:
m = 150 г: F_G [N]:
m = 150 г: F_G/F:
m = 200 г: F [N]:
m = 200 г: F_G [N]:
m = 200 г: F_G/F:
Таблиця 2
Запишіть виміряні значення в таблицю. Введіть значення для з таблиці 1.
Обчисліть відношення ()
і запишіть результат в таблицю 2.
150
m = 150g: s_f [см]:
m = 150g: s_l/s_f
m = 150 г: F_G [N]:
m = 150g: s_l [см]:
m = 150 г: F [N]:
Завдання 1
Експериментальна установка для підйому вантажу
Питання
Завдання 2
Питання
Питання
Завдання 3
Експериментальна установка
F * s_f [Ncm]:
F_G * s_l [Ncm]:
Знайдіть такі добутки:
Питання
Завдання 4
Експериментальна установка
Питання
Чи діють у цьому випадку умови?
Завдання 5
Питання
Питання