Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: розкладання сил на похилій площині
Розкладанням сил називають розкладання однієї сили щонайменше на дві складові, які діють у різних напрямах.
У цьому досліді силу на похилій площині розкладають на дві складові, напрямлені перпендикулярно одна до одної, одна з яких діє вздовж напряму руху.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Попередні знання не потрібні.
Принцип
Показати, що силу тяжіння тіла на похилій площині можна розкласти на дві складові, напрямлені перпендикулярно одна до одної, одна з яких діє вздовж напряму руху.
Крім того, дослідити, як обчислити скочувальну силу.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають навчитися обчислювати складові сили на похилій площині.
Завдання
Учні мають виконати спостереження, зробити висновки щодо установки досліду й обчислити скочувальну силу.
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 | Похила площина для демонстраційної дошки, магнітна | 02152-00 | 1 |
| 4 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 5 | Кутовий диск, магнітний | 08270-09 | 1 |
| 6 | Котке тіло для похилої площини | 11301-01 | 1 |
| 7 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 8 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання
Рис. 2: розкладання сил на похилій площині
- Поклади кутовий диск на демонстраційну дошку так, щоб лінія виска була вертикальною.
- Проведи маркером горизонтальну лінію, наприклад як на рис. 2.
- Установи похилу площину на кутовий диск так, щоб вона утворювала з горизонталлю кут α = 15° і нижнім краєм торкалася раніше проведеної горизонтальної лінії.
- Постав обидва динамометри приблизно так, як показано на рис. 2, і відрегулюй їх.
Виконання (1/2)
- Виміряй і запиши довжину похилої площини.
- Виміряй висоту верхнього краю похилої площини від проведеної горизонтальної лінії (рис. 2) і запиши її в таблицю 1.
- Підвісь котке тіло на шнур натягу лівого динамометра, виміряй і запиши силу тяжіння коткого тіла.
- Постав котке тіло на похилу площину і переміщай динамометр, доки його шнур натягу не стане паралельним до похилої площини.
- З'єднай із котким тілом і правий динамометр та переміщай його, доки шнур натягу не стане перпендикулярним до похилої площини, а котке тіло трохи не відірветься від площини.
Виконання (2/2)
Порада: кут між і прямий тоді й лише тоді, коли FN мінімальна; цього досягають невеликими змінами положення динамометра для FN.
- Запиши значення і у таблицю 1.
- Збільшуй кут з кроком 15° і щоразу записуй значення і у таблицю 1.
- Для сталого кута, наприклад = 60°, визнач значення і за зменшеної сили тяжіння коткого тіла.
- Для цього відкрути від коткого тіла спершу одне, а потім і друге додаткове тіло (по 50 г), щоразу вимірюй як на початку досліду, а потім визначай і , і записуй виміряні значення.
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/4)
Табл. 1: приклади виміряних значень
За незмінної сили тяжіння скочувальна сила тим більша, а сила нормального тиску тим менша, чим більший кут нахилу α, а отже й висота похилої площини. Щоб дійти кількісних висновків, обчислюють частки , і в межах точності вимірювання дістають: = стала.
Опрацювання результатів (2/4)
Ця стала дорівнює , що видно з обчислених часток (пор. таблицю 1), тож справджується:
За цим можна обчислити .
Схема на демонстраційній дошці (пор. рис. 3) допомагає пояснити ці співвідношення.
/ = стала означає також ~ . Це підтверджують результати двох останніх вимірювань (пор. два останні рядки в таблиці 1).
Рис. 3: графічне опрацювання на кутовому диску
Опрацювання результатів (3/4)
Якщо учні вже знають тригонометрію, результат можна записати й у вигляді:
/ = sin(α) або = + sin().
Варто скористатися наявними знаннями учнів про розкладання сил і подібність трикутників, щоб за відповідною схемою (рис. 4) вони спрогнозували результат вимірювань. Тоді дослід стає підтверджувальним, а його перевага в тому, що кожен крок до результату роблять із чіткішим розумінням мети.
Рис. 4: паралелограм сил на похилій площині
Опрацювання результатів (4/4)
На демонстраційній дошці ще до досліду можна накреслити план вимірювань - приблизно такий, як показано на рис. 2.
Зв'язок між скочувальною силою і кутом нахилу можна дослідити й так: важками задають певні значення FH і визначають відповідні кути. Для цього на похилій площині закріплюють блок (02262-00) за допомогою накатного гвинта (рис. 5).
Рис. 5: динамометр із котким тілом і важком через відвідний блок
Завдання 1
Питання