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 дослідити, за яких умов двоплечий важіль перебуває в рівновазі, коли до нього прикладено більш ніж дві сили.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
За допомогою досліду учні мають дізнатися, за яких умов настає рівновага, коли до двоплечого важеля прикладено дві сили.
Крім того, показано зв'язок між силою, довжиною плечей сил і моментом сили.
Завдання
Учні мають виконати спостереження й вимірювання, щоб показати умови рівноваги.
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 | 2 |
| 4 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 5 | Тримач для прорізних тягарців | 02204-01 | 2 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 4 |
| 7 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 4 |
| 8 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 9 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 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 (1/1)
Складання
- Розмісти вісь на магнітному тримачі приблизно посередині 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)
- Установи динамометр на демонстраційну дошку, виміряй і запиши сили тяжіння для двох по-різному навантажених тримачів для тягарців.
- Причепи тримачі для тягарців і тягову нитку динамометра біля довільних позначок важеля, посувай динамометр, доки важіль не стане горизонтально, а тягова нитка динамометра не піде під прямим кутом до важеля (рис. 2)
- Занеси силу, яку тепер показує динамометр, а також сили тяжіння навантажених тримачів і відповідні точки прикладання (номери позначок) до таблиці 1, верхня частина; зваж при цьому, які із сил обертають ліворуч, а які праворуч, і зміни положення тримача, що обертає праворуч (наприклад, так, як показано в таблиці 1, середня частина)
- Переустав динамометр і причепи його тепер до позначки на лівому боці важеля; як і раніше, доможися рівноваги
Виконання (2/2)
- Виміряй потрібну силу (тепер вона обертає праворуч) і занеси до таблиці 1, середня частина, сили тяжіння тримачів та номери позначок.
- Розмісти другий динамометр над правим боком важеля, зміни положення правого тримача і причепи тягову нитку динамометра до вибраної позначки.
- Посувай другий динамометр, доки важіль знову не стане горизонтально, а тягова нитка не піде перпендикулярно до важеля.
- Занеси до таблиці 1, нижня частина, сили, які тепер показують обидва динамометри, і сили, з якими діють тримачі, а також номери позначок.
Рис. 2
Опрацювання результатів
Опрацювання результатів (1/4)
Спостереження:
= 1,36 Н
= 1,54 Н
Сили тяжіння обох тримачів із прорізними тягарцями:
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Таблиця 1: приклади виміряних значень
Опрацювання результатів (2/4)
Після того, як плечі сил I, що відповідають окремим позначкам, занесено до таблиці 1, утворюють добутки F * I. У таблиці 2 наочно подано очевидний результат трьох частин досліду, що випливає з порівняння стовпців 4 і 8 таблиці 1:
Отже, у межах точності вимірювання справджується: двоплечий важіль, до якого прикладено більш ніж дві сили, перебуває в рівновазі, коли сума добутків сил, що обертають ліворуч, на їхні плечі дорівнює сумі добутків сил, що обертають праворуч, на їхні плечі.
| |||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Таблиця 2: сума добутків для сил
Опрацювання результатів (3/4)
Сили, вибрані в частинах досліду, можна дуже широко змінювати за допомогою наявного обладнання. Наведені дані вимірювань - лише приклади.
Якщо поняття моменту сили вже можна вживати, то результат досліду формулюється коротше:
(Двоплечий) важіль перебуває в рівновазі, коли сума моментів сил дорівнює нулю.
= 0
Або: (двоплечий) важіль перебуває в рівновазі, коли сума моментів, що обертають праворуч, дорівнює сумі моментів, що обертають ліворуч.
Опрацювання результатів (4/4)
Для випадку, коли, як і в досліді, і утворюють кут α, що дорівнює 90°,тобто коли
｜ ｜ = ｜ ｜
справджується рівність, сформульована наприкінці опрацювання результатів.
Завдання
Завдання 1
Питання