Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: розкладання сил
Розкладанням сил називають розкладання однієї сили щонайменше на дві складові, які діють у різних напрямах.
У цьому досліді силу прикладають до крана.
Ці сили можна знайти побудовою або обчисленням.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Для визначення побудовою попередні знання не потрібні. Якщо ж силу визначати обчисленням, треба знати такі співвідношення з тригонометрії:
або
або (пор. рис. 1)
Принцип
Показати, які сили діють у простому крані, до якого прикладено вантаж, і як ці сили знайти.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають навчитися обчислювати складові сили за побудовою паралелограма сил.
Крім того, треба пояснити зв'язок між кутом і двома силами.
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, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 7 | Кутовий диск, магнітний | 08270-09 | 1 |
| 8 | Волосінь на котушці, d = 0,5 мм, 100 м | 02090-00 | 1 |
| 9 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 10 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
Рис. 2: вектори сил на прикладі крана
Для постановки задачі та як підготовку до опрацювання результатів на демонстраційній дошці накреслюють простий кран, обговорюють сили, що виникають під навантаженням, і наносять їх (пор. рис. 2)
- Навантаж тримач для важків 4 прорізними важками по 50 г.
- Закріпи на гачку тримача для важків невелику петлю з волосіні.
- Використовуй обидва динамометри в діапазоні вимірювання 4 Н.
Складання (2/2)
- Установи один динамометр на демонстраційну дошку, виміряй і запиши силу тяжіння навантаженого тримача для важків.
- Розмісти другий динамометр праворуч над краном.
- Зчепи шнури натягу динамометрів і повісь на них петлю тримача для важків.
Виконання (1/2)
- Переміщай динамометри, доки їхні шнури натягу не ляжуть уздовж ліній дії і , а спільна точка прикладання сил , і не опиниться над точкою прикладання, позначеною на демонстраційній дошці (пор. рис. 2).
- Виміряй і запиши і .
- Зміни кут , залишаючи точку прикладання сил незмінною.
- Щоразу спостерігай за динамометрами і записуй свої спостереження.
- Прибери динамометри і тримач для важків.
- Поклади кутовий диск на демонстраційну дошку так, щоб його центр був точно над точкою прикладання сил.
Виконання (2/2)
- Порада: для цього лінії дії сил за потреби продовжують настільки, щоб покладений кутовий диск не закривав їх повністю.
- Виміряй кут (пор. рис. 1), який утворюють лінії дії і .
Рис. 3: розподіл сил, виміряний двома динамометрами
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/2)
Що менший кут α, то більші відповідні сили натягу і стиску.
У навантаженому крані стріла працює на стиск, а (для стріли з 3 ступенями вільності) тяговий трос - на розтяг.
Сума значень цих сил при цьому завжди більша за значення сили, яку створює вантаж:
.
Якими мають бути FZ і FD, щоб була рівновага, залежить від кута α, який утворюють сили і . Спостережуваний зв'язок між α, FZ і FD (за сталого FG) учні можуть передбачити. Для перевірки виміряних значень на демонстраційній дошці креслять паралелограм сил у масштабі.
Рис. 4: приклад виміряних значень
Опрацювання результатів (2/2)
Якщо учні мають відповідні знання з тригонометрії, результат досліду можна опрацювати не лише побудовою, а й обчисленням:
З конкретними виміряними значеннями дістаємо:
Якщо учні мають згадані вище знання, значення і можна обчислити й наперед. Тоді дослід матиме підтверджувальний характер.
або
або (пор. рис. 1)
Завдання 1
Завдання (1/2)
Питання
Для навантаженого крана справджується:
Що менший кут , то менші відповідні сили натягу і стиску.
Завдання 2
Завдання (2/2)
Питання
Питання