Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: одноплечий важіль на прикладі тачки
Важелі - це пристрої, які перетворюють силу. Вони часто слугують для того, щоб малими силами створювати більші сили
В одноплечому важелі силу прикладають з того самого боку, з якого відбувається й дія.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Попередні знання не потрібні.
Принцип
Треба довести, що одноплечий важіль перебуває в рівновазі, коли добутки двох прикладених протилежно напрямлених сил на їхні плечі однакові.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою досліду учням треба пояснити, коли одноплечий 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 рівновагу одноплечого 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 в нижній частині демонстраційної дошки і настроми важіль серединою на вісь.
- Проведи маркером від осі вертикально вниз риску.
- 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; запишидо таблиці 1, верхня частина.
- Причепи тримач із прорізними тягарцями, а також тягову нитку динамометра біля позначки № 10 праворуч.
- Посувай динамометр, доки важіль не стане горизонтально, а тягова нитка - перпендикулярно до нього (рис. 2)
Виконання (2/2)
- Зчитай силу з динамометра і запиши її в таблицю 1.
- Вкорочуй плече сили поступово; вимірюй і заноси силу , потрібну щоразу для рівноваги важеля (пор. значення в таблиці 1, верхня частина)
- Зніми з тримача два прорізні тягарці по 50 г, знову виміряй і запиши силу тяжіння
- Причепи тримач біля позначки № 9 праворуч 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)
Таблицю 1 доповнюють конкретними значеннями для та .
(Відстані між позначками становлять 2 см.)
Обчисливши добутки бачимо:
=
Опрацювання результатів (2/4)
Опрацювання результатів (2/4)
Таблиця 1: приклади виміряних значень
Опрацювання результатів (3/4)
Одноплечий важіль перебуває в рівновазі, коли добутки прикладених протилежно напрямлених сил на їхні плечі однакові. Плечами сил при цьому називають відстані від точок прикладання сил до точки обертання важеля.
Важіль закріплюють з можливістю обертання посередині, щоб сили тяжіння обох половин важеля врівноважували одна одну (точніше:
їхні моменти сил). Це треба донести до учнів, щоб у них не склалося хибних уявлень про
одноплечий важіль.
За потреби варто накрити вільний (лівий) бік важеля білим папером, щоб образ одноплечого важеля був зрозумілий від самого початку.
Якщо поняття моменту сили вже можна вживати, то знайдений закон узагальнюють до теореми про моменти сил:
Опрацювання результатів (4/4)
В одноплечому важелі в разі рівноваги сума моментів сил дорівнює нулю. Для двох сил справджується:
｜｜
Моменти, що обертають праворуч і ліворуч, мають різні знаки:
= . Для випадку, коли і утворюють кут 90°, маємо
｜｜= = ｜｜,
у загальному ж випадку
називають дієвою довжиною плеча сили або дієвою довжиною важеля.
Уживати поняття «вантаж» і «плече вантажу» тут свідомо уникали, бо вантаж не є фізичною величиною.
Завдання 1
Питання