Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: двоплечий важіль на прикладі обценьок
Важелі - це пристрої, які перетворюють силу. Вони часто слугують для того, щоб малими силами створювати більші сили
У двоплечому важелі обидві сили прикладені, якщо дивитися від осі обертання, по різні боки.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Попередні знання не потрібні.
Принцип
Треба продемонструвати, що двоплечий важіль перебуває в рівновазі, коли добуток прикладеної сили на плече сили з обох боків однаковий.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою досліду учням треба пояснити, коли двоплечий важіль перебуває в рівновазі.
Крім того, показано зв'язок між силою, довжиною плечей сил і моментом сили.
Завдання
Учні мають виконати спостереження й вимірювання, щоб визначити умови рівноваги двоплечого важеля.
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 | Вісь на магнітному тримачі | 02151-02 | 1 |
| 3 | Торсійний динамометр, 2 Н/4 Н | 03069-03 | 1 |
| 4 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 5 | Тримач для прорізних тягарців | 02204-01 | 1 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 7 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 8 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 9 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 10 | Важіль | 03960-00 | 1 |
| 11 | Стрілка для демонстраційного важеля | 03963-00 | 1 |
| 12 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 13 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- Розмісти вісь на магнітному тримачі у верхній частині демонстраційної дошки і настроми важіль серединою на вісь.
- Проведи маркером риску від осі вертикально вниз.
- Настроми стрілку для демонстраційного важеля (далі, коли важіль у рівновазі, її вістря лежить точно на накресленій рисці).
Виконання (1/2)
Рис. 2: коромислові терези з тягарцем і динамометром
- Установи динамометр і виміряй силу тяжіння - далі позначену - для тримача з усіма прорізними тягарцями; занеси до таблиці 1, верхня частина.
- Причепи тягову нитку динамометра праворуч, біля позначки № 10, а тримач із прорізними тягарцями - біля № 10 ліворуч.
- Посувай динамометр, доки важіль не стане горизонтально, а тягова нитка - перпендикулярно до нього (рис. 2)
- Зчитай з динамометра і запиши його в таблицю 1.
Виконання (2/2)
- Вкорочуй плече сили поступово; вимірюй і записуй щоразу потрібну для рівноваги важеля силу (пор. значення в таблиці 1, верхня частина).
- Зніми з тримача два прорізні тягарці по 50 г, виміряй і запиши силу тяжіння .
- Причепи тримач біля позначки № 9 ліворуч і надалі залиш його там.
- Вкорочуй плече сили поступово; для цього чіпляй тягову нитку динамометра біля позначок № 10, 9, ... , 6 (пор. таблицю 1, нижня частина),щоразу вимірюй і записуй .
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/4)
Спостереження:
Таблиця 1: приклади виміряних значень
Опрацювання результатів (2/4)
Відстані між позначками становлять 2 см. Отримані з них і заносять до таблиці 1.
Обчисливши добутки для лівого і правого боків важеля, бачимо:
Двоплечий важіль перебуває в рівновазі, коли добутки сил, прикладених ліворуч і праворуч від точки обертання, на їхні плечі однакові. Плечами сил при цьому називають відстані від точок прикладання сил до точки обертання важеля.
Опрацювання результатів (3/4)
Сили F1дібрано так, щоб якнайповніше використати діапазон вимірювання динамометра.Стрілка для демонстраційного важеля наштовхує на асоціацію із застосуванням важеля - коромисловими терезами.
Якщо на цьому етапі не хочеться так прямо підказувати цю асоціацію, то стрілку не ставлять, а креслять горизонтальну лінію за нижнім краєм важеля.
Якщо поняття моменту сили вже можна вживати, то знайдений закон узагальнюють до теореми про моменти сил:
У двоплечому важелі в разі рівноваги сума всіх моментів сил дорівнює нулю.
Для двох сил справджується:
= + = 0
При цьому моменти, що обертають праворуч і ліворуч, мають різні знаки:
=
Опрацювання результатів (4/4)
Для випадку, коли і утворюють кут 90°, маємо
｜｜= = ｜ * ｜=
у загальному ж випадку
називають також дієвою довжиною плеча сили, або дієвою довжиною важеля (пор. рис. 2).
Одиниця M - ньютон-метр (Н·м), тобто та сама, що й одиниця механічної роботи, а це часто спантеличує учнів.
Рис. 3: обчислення плеча сили
Завдання 1
Питання