Загальна інформація
Застосування
Пластинчаста пружина - це пружина, затиснута з одного боку; її можна зустріти в багатьох галузях електротехніки.
У цьому досліді добре видно, як змінюється сила, потрібна для пружної деформації пластинчастої пружини, за різних точок і кутів прикладання.
Пластинчаста пружина - приклад складання установки
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Для цього досліду попередні знання не потрібні.
Принцип
Дослідити, як згинається пластинчаста пружина за умови, що точка прикладання і напрям сили лишаються незмінними.
Крім того, показати, що дія сили найбільша тоді, коли сила прикладена перпендикулярно до пластинчастої пружини.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
На прикладі досліду показати поведінку пластинчастих пружин під навантаженням і пояснити, як визначити жорсткість пластинчастої пружини.
Завдання
- Учні мають дослідити поведінку пластинчастої пружини під навантаженням і визначити її жорсткість D.
- У тій самій установці за сталого відхилення визначити силу натягу під різними кутами і спробувати пояснити результат.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Муфта на магнітному тримачі | 02151-01 | 1 |
| 3 | Торсійний динамометр, 2 Н/4 Н | 03069-03 | 1 |
| 4 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 5 | Стрілка для демонстраційної дошки, 4 шт. | 02154-01 | 1 |
| 6 | Кутовий диск, магнітний | 08270-09 | 1 |
| 7 | Пластинчаста пружина, 300 × 15 × 0,5 мм | 02228-00 | 1 |
| 8 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 9 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Насадити муфту з магнітом на демонстраційну дошку і затиснути пластинчасту пружину.
- Прикласти дві стрілки так, щоб їхні бічні краї були на тій самій висоті, що й горизонтально розташована пластинчаста пружина (рис. 1).
- Приставити й відрегулювати динамометр так, щоб шнур натягу йшов вертикально.
Рисунок 1
Виконання (1/2)
- Переміщати динамометр вертикально вниз, доки він не покаже силу 0,1 Н; маркером позначити на дошці точку, над якою розташований кінець пластинчастої пружини
- Переміщати динамометр далі вниз і щоразу трохи вбік (щоб шнур натягу завжди лишався вертикальним) і діяти так само з кроком 0,1 Н
- Прибрати динамометр і за допомогою масштабної лінійки визначити (вертикальні) відстані s від позначених маркером точок до нижнього краю лінійки; значення s занести до таблиці 1
Рисунок 2
Виконання (2/2)
- Установити динамометр у нижній частині дошки так, щоб шнур натягу йшов вертикально і показувалася сила 0,8 Н (рис. 2)
- Покласти кутовий диск так, щоб його центр був під кінцем пластинчастої пружини
- Тепер крок за кроком переміщати динамометр горизонтально (праворуч і ліворуч) і за потреби трохи вертикально так, щоб шнур натягу утворював із вертикаллю кути приблизно 30°,45°, ... , а кінець пластинчастої пружини завжди лишався над центром (s = стале); щоразу виміряти потрібну силу і записати значення для горизонтального шнура натягу та для шнура, перпендикулярного до зігнутої пружини
Опрацювання результатів (1/3)
Сила, потрібна для однакової деформації пружини, найменша тоді, коли вона прикладена перпендикулярно до пластинчастої пружини.
Опрацювання результатів (2/3)
Графічне зображення виміряних значень із таблиці 1 дає криву, яка в нижній частині йде майже лінійно, а далі викривляється дедалі сильніше (рис. 3).
Пружна деформація залежить також від напряму сили. Сила, потрібна для бажаного відхилення, найменша тоді, коли вона прикладена перпендикулярно до пружини. За інших напрямів натягу діє лише та складова, яка прикладена
перпендикулярно до пружини.
Це пояснює, чому за більших сил крива на рис. 3 дедалі сильніше відхиляється від прямої. Якщо нанести на рис. 3 записане в таблиці 2 виміряне значення сили, прикладеної перпендикулярно до пружини, то ця точка ляже на пряму, на якій лежать точки зі значеннями для малих відхилень.
Опрацювання результатів (3/3)
Ця установка може також слугувати для того, щоб показати залежність дії сили від розташування точки
прикладання сили. Для цього ту саму незмінну силу прикладають у різних місцях пластинчастої пружини.
Загалом цю установку можна використати, щоб учні усвідомили: силу характеризують значення, напрям і точка прикладання.
Рисунок 3