Інформація для вчителів
Застосування
Схема досліду зі ступінчастим колесом
Ступінчасте колесо - як уже підказує назва - це колесо з уступом. Цей уступ, який ще називають ступінню, має менший діаметр, ніж саме колесо.
Якщо навантажити уступ вантажем, той створює момент відносно центра колеса. У статичному випадку цьому моментові протидіє момент, утворений протилежно спрямованою силою і радіусом колеса.
Отже, за законами статики сума моментів дорівнює нулю.
Інша інформація для вчителів (1/2)
Попередні знання
Учні мають базово розуміти сили і вміти визначати силу тяжіння тіла за допомогою пружинного динамометра. Крім того, вони вже мають володіти базовими знаннями про виникнення й дію моментів.
Принцип
За законами механіки система перебуває в спокої тоді, коли сума всіх сил і моментів дорівнює нулю. Цей окремий випадок - основа статики. У цьому досліді суму моментів на ступінчастому колесі треба зрівноважити.
Інша інформація для вчителів (2/2)
Навчальна мета
На прикладі ступінчастого колеса учні мають встановити, що тут діють ті самі механічні закони, що й у статичному випадку важеля.
Завдання
- На ступінчастому колесі вимірюють ті сили, які за різних мас вантажу створюють рівновагу.
- На ступінчастому колесі слід виміряти плече сили і плече вантажу та обчислити добутки і .
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Інформація для учнів
Мотивація
Перемикач передач велосипеда
Хто вже піднімався велосипедом на крутий пагорб, той дуже цінує перемикач передач. Завдяки йому потрібна сила помітно зменшується.
Зірочки спереду і ззаду утворюють разом так зване ступінчасте колесо, у якому вдалим підбором діаметрів можна узгодити між собою силу натискання на педалі й швидкість обертання відповідно до потреби. Інші щоденні приклади застосування ступінчастого колеса - це, зокрема, автомобільні коробки передач.
У цьому досліді ти ознайомишся з принципом дії ступінчастого колеса.
Завдання
Дослідь сили й моменти, що діють на ступінчастому колесі. Дій так:
- Визнач на ступінчастому колесі силу, потрібну для встановлення рівноваги за різних підвішених вантажів.
- Виміряй плече вантажу і плече сили ступінчастого колеса, обчисли добутки і та порівняй їх між собою.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | 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 | Ступінчасте колесо | 02360-00 | 1 | 6 | Тримач для прорізних тягарців, 10 г, конструкція PHY | 02204-00 | 1 | 7 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 10 г, конструкція PHY | 02205-01 | 4 | 8 | Прорізний тягарець, чорне лакове покриття, 50 г, конструкція PHY | 02206-01 | 3 | 9 | Динамометр, прозорий, 2 Н | 03065-03 | 1 | 10 | Вал, d = 12 мм, l = 45 мм | 02353-00 | 1 | 11 | Штангенциркуль, пластик | 03011-00 | 1 | 12 | Волосінь, на котушці, d = 0,7 мм, 20 м | 02089-00 | 1 |
|---|
Додаткове обладнання
| Позиція | Обладнання | Кількість |
|---|---|---|
| 1 | Ножиці | 1 |
Складання (1/4)
Склади дві половини штативної основи і закріпи в ній горизонтально штативний стрижень завдовжки 25 см.
Потім скрути розбірний штативний стрижень в один довгий.
Устав стрижень завдовжки 60 см вертикально в штативну основу і зафіксуй його гвинтом.
Штативна основа зі стрижнем
Штативні стрижні з різьбою
Закріплення штативного стрижня
Складання (2/4)
Протягни по одному шнуру крізь обидва диски ступінчастого колеса.
Зафіксуй шнур вузлом, щоб він не прослизав.
Устав вал спереду крізь ступінчасте колесо.
Протягування шнура крізь диск
Фіксація шнура від прослизання
Установлення вала у ступінчастому колесі
Складання (3/4)
Установлення подвійної муфти на штативному стрижні
Тепер установи подвійну муфту на верхньому кінці довгого штативного стрижня.
Затисни вал разом зі ступінчастим колесом у подвійній муфті.
Закріплення вала і ступінчастого колеса в подвійній муфті
Складання (4/4)
Закріплення динамометра
Скористайся ручкою, щоб зафіксувати обидва диски один відносно одного (обидві білі точки, а отже й місця виходу шнурів, разом угорі).
Обведи обидва шнури в протилежних напрямках по одному разу навколо відповідного диска ступінчастого колеса. Стеж, щоб шнури лежали в жолобку колеса.
Закріпи динамометр на одній волосіні, а тримач тягарців - на другій. Шнур до динамометра має при цьому йти через більший диск. Вистав динамометр на нуль догори дном, без навантаження.
Зачепи гачок динамометра за короткий штативний стрижень на штативній основі.
Виконання (1/2)
Визначення
- Навантаж тримач тягарців чотирма тягарцями по 10 г ().
- Виміряй силу , потрібну для встановлення рівноваги.
- Збільшуй масу по черзі до 100 г, 150 г і 200 г та повтори вимірювання.
- Виміряй штангенциркулем довжину плеча вантажу і плеча сили (радіус відповідного диска).
- Запиши всі результати в таблицю в протоколі.
Виконання (2/2)
Розбирання штативної основи
- Щоб розібрати штативну основу, натисни кнопки посередині й розведи обидві половини.
Протокол
Таблиця
Внеси значення сили до таблиці. Обчисли силу тяжіння з мас і доповни таблицю цими значеннями. Обчисли добутки і та внеси результати до таблиці. Праворуч внеси свої значення і .
50
100
150
200
m = 50 г: F_G * l_l [Н·см]:
m = 50 г: F [Н]:
m = 50 г: F_G [Н]:
m = 50 г: F * l_f [Н·см]:
.
l_l [см]:
m = 100 г: F_G * l_l [Н·см]:
m = 100 г: F [Н]:
m = 100 г: F_G [Н]:
m = 100 г: F * l_f [Н·см]:
l_f [см]:
m = 150 г: F [Н]:
m = 150 г: F_G [Н]:
m = 150 г: F_G * l_l [Н·см]:
m = 150 г: F * l_f [Н·см]:
m = 200 г: F_G * l_l [Н·см]:
m = 200 г: F [Н]:
m = 200 г: F_G [Н]:
m = 200 г: F * l_f [Н·см]:
Завдання 1
Схема досліду для визначення діючої сили
Питання
Порівняй результати добутків між собою.
Що ти помічаєш?
Завдання 2
Схема досліду для визначення діючої сили
Питання
Завдання 3
Схема досліду для визначення діючої сили
Питання