Загальна інформація
Застосування
Розкладанням сил називають розкладання однієї сили щонайменше на дві складові, які діють у різних напрямах.
У цьому досліді силу розкладають на дві складові, лінії дії яких перетинаються.
Ці сили можна знайти побудовою або обчисленням.
Рис. 1: розкладання сил
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Попередні знання не потрібні.
Принцип
Показати, що силу можна розкласти на дві сили, лінії дії яких перетинаються.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають дізнатися, що силу можна розкласти на складові, якщо відомий їхній напрям, і як обчислити ці складові за побудовою паралелограма сил.
Завдання
Учні мають виконати спостереження і вимірювання, щоб визначити обидві складові сили.
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 | Торсійний динамометр, 2 Н/4 Н | 03069-03 | 2 |
| 3 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 4 | Тримач для прорізних тягарців | 02204-01 | 1 |
| 5 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 1 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 1 |
| 7 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 8 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 9 | Кутовий диск, магнітний | 08270-09 | 1 |
| 10 | Волосінь на котушці, d = 0,5 мм, 100 м | 02090-00 | 1 |
| 11 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Установи динамометр на демонстраційну дошку і відрегулюй його.
- Закріпи на гачку тримача для важків невелику петлю з волосіні.
- Підвісь до динамометра тримач із прорізними важками (2 × 10 г, 2 × 50 г).
- Виміряй і запиши показану силу
Складання (2/2)
- Так само встанови другий динамометр, відрегулюй його і зачепи його шнур натягу в точці прикладання сили .
- Переміщай обидва динамометри так, щоб шнури натягу утворювали між собою довільний кут.
- Розмісти кутовий диск так, щоб його центр був за точкою прикладання сил (рис. 2).
Рис. 2: розкладання сил двома динамометрами
Виконання
- Зчитай значення F1 і F2, які показують динамометри, і виміряй кути α1 і α2, які і утворюють із вертикаллю кутового диска, і запиши результати до таблиці 1.
- Кілька разів зміни положення динамометрів і визнач відповідні значення F1 і F2, а також відповідні їм α1 і α2 (включно з випадком α1 + α2 = 90°).
- Перед кожним вимірюванням переконайся, що точка прикладання сил міститься над центром кутового диска, і занеси виміряні значення до таблиці 1.
- Прибери обидва динамометри і за допомогою кутового диска та масштабної лінійки побудуй маркером на демонстраційній дошці паралелограм сил для одного з досліджених випадків (рис. 2).
Рис. 3: паралелограм сил
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/3)
Сума значень і завжди більша за значення сили, яку розкладають, і тим більша, чим більший кут α1 + α2 між ними.
і разом у кожному разі спричиняють таку саму дію, як сила. Їх називають складовими сили .
Опрацювання результатів (2/3)
Можна знайти і , накресливши їхні лінії дії та силу і побудувавши паралелограм сил, діагональ якого утворює . Тоді складові і утворюють сторони паралелограма.
Силу можна розкласти на складові, лінії дії яких перетинаються в точці прикладання сили. Складові можна знайти побудовою або обчисленням.
У цьому досліді беруть тримач із прорізними важками, щоб задати силу, яку розкладають на складові. Для задання сили годиться також гвинтова пружина, розтягнута на певну відстань. У такому разі положення кутового диска, центр якого позначає кінець розтягнутої пружини, змінювати не можна.
Опрацювання результатів (3/3)
Варто, щоб учні одночасно будували у своїх зошитах той самий паралелограм сил, який учитель креслить на демонстраційній дошці.
Окремий випадок α1 + α2 = 90° передбачено для того, щоб учні могли перевірити результати вимірювань обчисленням на одному прикладі навіть без знань з тригонометрії.
Ще одним завданням може бути графічна перевірка решти вимірювань. Знімати точну серію вимірювань у цьому досліді не обов'язково. Можна обмежитися й одноразовим вимірюванням F1, F2, α1 і α2 та за цією четвіркою значень побудувати паралелограм сил.
Але тоді слід якісно показати, що складові можуть утворювати будь-які кути й через це мати різні значення.
Завдання
Завдання 1
Заповни пропуски в тексті. Сума значень \vec{F_1} і \vec{F_2} завжди ____ за значення сили, яку розкладають, \vec{F}, і тим ____, чим більший кут ____ між ними.