Загальна інформація
Застосування
Важільні терези - це зважувальний пристрій, що складається з горизонтального коромисла, рухомо закріпленого на горизонтальній осі. Система ґрунтується на принципі рівноваги моментів сил.
Важільні терези мають довгу історію. У V столітті до нашої ери в одній єгипетській гробниці знайшли перші терези - так звані важільні терези.
На основі важільних терезів винайшли багато інших терезів, наприклад платформні або нахильні.
Рис. 1: схема досліду
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учням потрібні попередні знання про важільні терези. Добре, якщо учні вже знайомі з «рівновагою моментів сил».
Принцип
Треба продемонструвати, що важільними терезами можна визначати масу тіл.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають на прикладі зрозуміти принцип важільних терезів. Учні мають навчитися визначати важільними терезами масу тіл.
Завдання
Завдання цього досліду - визначити важільними терезами масу різних предметів невідомої маси. Учні мають точніше зрозуміти принцип важільних терезів.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія (1/2)
Важільні терези - це зважувальний пристрій, що складається з горизонтального коромисла, рухомо закріпленого на горизонтальній осі. Це ґрунтується на принципі рівноваги моментів сил. Тобто сума моментів сил відносно певної точки або певної осі дорівнює нулю.
Якби як терези використали просте коромисло, це мало б такі наслідки:
- У разі рівноваги стан рівноваги є в будь-якому положенні коромисла, бо обидва моменти сил завжди однакові.
- У разі нерівноваги коромисло повертатиметься доти, доки важча чашка терезів не досягне найнижчої точки.
Теорія (2/2)
Чутливість важільних терезів залежить від:
- довжини коромисла терезів: що довше, то чутливіше.
- моменту сили центра мас: що він менший, то легше коромисло, і що ближче центр мас до точки обертання, то чутливіші терези.
- якості підшипників: що менше згасання в підшипниках, то легше відбувається рух
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 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 4 | Тримач для прорізних тягарців | 02204-01 | 2 |
| 5 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 7 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 8 | Чашка терезів, пластик | 03951-00 | 2 |
| 9 | Важіль | 03960-00 | 1 |
| 10 | Стрілка для демонстраційного важеля | 03963-00 | 1 |
| 11 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 12 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання
- За допомогою масштабної лінійки проведи на демонстраційній дошці вертикальну лінію і постав вісь на магнітному тримачі так, щоб верхній кінець лінії був закритий, а вісь стояла точно на лінії.
- Насади важіль на вісь (через верхню втулку посередині важеля, щоб важіль був у стійкій рівновазі) і приладнай стрілку (рис. 1).
- Навантаж обидва тримачі для тягарців однаково прорізними тягарцями (наприклад, по 1 x 10 г і 2 x 50 г) і підвісь їх біля позначок № 10 зліва і справа.
Рис. 2 схема досліду
Виконання (1/2)
Рис. 3: схема досліду
Виконання (2/2)
- Підвісь один тримач з тягарцями біля довільної позначки і спостерігай за важелем.
- Спробуй, де треба підвісити другий тримач, щоб важіль знову став горизонтально, і запиши спостереження (1)
- Підвісь тримачі знову біля позначок № 10, зніми з одного з тримачів прорізний тягарець 10 г, потім поклади його назад і запиши спостереження (2)
- Зніми тримачі й підвісь чашки терезів; посунь важіль на осі вперед, щоб чашки терезів не торкалися демонстраційної дошки (рис. 3)
- Поклади різні предмети невідомої маси на одну з чашок терезів, а другу чашку навантаж важками з набору так, щоб настала рівновага.
- Запиши маси предметів (3)
Протокол
Спостереження
Важіль перебуває в рівновазі, коли однакові тіла підвішені на однаковій відстані від точки обертання.
Важіль перебуває в рівновазі, коли тіла, підвішені на однаковій відстані від точки обертання, мають однакову масу.
| Предмет | Маса в г |
| Гвинтова пружина 3 Н/м | 15 |
| Рухомий блок, d = 65 мм | 12 |
| Стрижень для блока | 15 |
| Вал | 40 |
Таблиця 1
Опрацювання результатів
Двоплечий рівноплечий важіль перебуває в рівновазі, коли обидві прикладені сили однакові.
Якщо, як у досліді, прикладеними силами є сили тяжіння тіл, то сили тяжіння для цих тіл однакові, а отже, однакові й їхні маси.
Отже, названими так важільними терезами можна порівнювати маси тіл. Тим самим можна вимірювати масу тіл, порівнюючи невідому масу з відомою масою стандартних важків.
Зауваження (1/2)
Те, що у важільних терезах вибирають однакові довжини плечей важеля (довжини плечей сил), має ту перевагу, що масу тіла можна визначити без перерахунку чи додаткових пристроїв. Адже терези були б у рівновазі й тоді, якби плечі важеля були нерівні, за умови що моменти сил компенсуються.
Нерівні плечі важеля вибирають у терезах із пересувним тягарцем.
Після описаного досліду варто визначити (або дати визначити) маси інших тіл (діапазон вимірювання обмежений набором важків). Строго кажучи, під час зважування порівнюють моменти сил, а оскільки плечі сил однакової довжини - сили тяжіння. Але тіла перебувають в одному й тому самому місці гравітаційного поля Землі, тож сили тяжіння однакові, якщо однакові маси.
Зауваження (2/2)
Отже, передумовою застосування зважування для визначення маси тіл є гравітація - байдуже, на якому небесному тілі перебуває тіло невідомої маси. У космічному кораблі, що обертається навколо Землі, зважування неможливе, бо сила тяжіння (доцентрова сила) компенсується відцентровою силою.
Це варто обговорити з учнями на доступному для них рівні.
Завдання
Питання
Питання
