Загальна інформація
Застосування
Рис. 1: схема досліду
Терези з пересувним тягарцем складаються з коромисла, підвішеного з можливістю обертатися, подібно до важільних терезів. Проте обидва плечі не однакової довжини, а точка обертання, на відміну від важільних терезів, розташована не точно посередині. Предмет, масу якого треба визначити, підвішують на коротше плече. А на довшому плечі є відомий важок, який можна пересувати вздовж цього плеча.
Терези з пересувним тягарцем використовували ще в дохристиянські часи греки, римляни й китайці. Тому вони мають ще й назву «римські терези».
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Учням потрібні попередні знання про терези з пересувним тягарцем. Добре, якщо учні вже знайомі з «правилом важеля».
Принцип
Треба побудувати модель терезів з пересувним тягарцем і застосувати її для визначення маси тіл.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
У цьому досліді учні мають на прикладі зрозуміти основи терезів з пересувним тягарцем. Учні мають точніше зрозуміти «правило важеля».
Завдання
Учні мають вимірювати й записувати відстані між положенням пересувного тягарця і точкою обертання за різних навантажень, зокрема й тоді, коли терези в рівновазі. Насамкінець будують модель терезів з пересувним тягарцем між силою тяжіння пробного тіла і відстанями між положенням тягарця та точкою обертання.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Теорія
Терези з пересувним тягарцем складаються з коромисла, підвішеного з можливістю обертатися, як і важільні терези. При цьому обидва плечі не однакової довжини, а точка обертання, на відміну від важільних терезів, розташована не точно посередині. Предмет, масу якого треба визначити, підвішують на коротше плече. А на довшому плечі є відомий важок, який можна пересувати вздовж цього плеча.
Терези з пересувним тягарцем ґрунтуються на «правилі важеля». Правило важеля каже: «сила, помножена на плече сили, дорівнює навантаженню, помноженому на плече навантаження». Правило важеля пов'язане з рівнянням моментів сил.
а також:
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 | Стрілка для демонстраційної дошки, 4 шт. | 02154-01 | 1 |
| 5 | Тримач для прорізних тягарців | 02204-01 | 1 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 4 |
| 7 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 8 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 2 |
| 9 | Додатковий тягарець 150 г для вимірювального візка | 11060-01 | 1 |
| 10 | Чашка терезів, пластик | 03951-00 | 1 |
| 11 | Важіль | 03960-00 | 1 |
| 12 | Волосінь на котушці, d = 0,5 мм, 100 м | 02090-00 | 1 |
| 13 | Лабораторний маркер, змивний, чорний | 46402-01 | 1 |
| 14 | Струбцина | 02014-01 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
- Обклей верхню частину важеля шматком клейкої стрічки завдовжки близько 32 см; із залишку виріж стрілку, схожу на стрілку для демонстраційної дошки, і наклей її на задню стінку важеля так, щоб вона достатньо виступала (пор. рис. 2).
- Зроби з приблизно 10 см волосіні петлю.
Рис. 2: схема досліду
Складання (2/2)
- Постав вісь на магнітному тримачі на демонстраційну дошку і насади важіль на вісь через втулку в точці B.
- Підвісь чашку терезів з додатковим тягарцем (150 г) біля позначки № 10 зліва, а тримач для тягарців, навантажений прорізним тягарцем 50 г, підвісь за допомогою петлі на праве плече важеля і пересувай його доти, доки важіль не лишатиметься горизонтальним.
Рис. 3
Виконання
- Познач стрілкою для демонстраційної дошки місце, яке займає стрілка на важелі, коли терези зрівноважено (пор. рис. 2), а на папері (права сторона важеля) - положення навантаженого тримача для тягарців, який править за пересувний тягарець (так визначено нуль шкали для терезів з пересувним тягарцем); виміряй відстань l нуля від точки обертання (від середини осі) і запиши її в таблицю 1.
- Притримай важіль, поклади на чашку терезів прорізний тягарець 10 г і пересувай пересувний тягарець, доки терези не будуть у рівновазі, тобто доки обидва вістря стрілок не стануть точно одне навпроти одного; познач на шкалі місце, де тепер стоїть пересувний тягарець; виміряй і запиши відстань цього місця від точки обертання.
- Збільшуй навантаження чашки терезів кроками по 10 г до 200 г і дій так само, як і раніше.
- Зніми прорізні тягарці з чашки терезів і визнач тепер уже проградуйованими терезами з пересувним тягарцем масу придатних тіл (діапазон вимірювання 200 г, пор. таблицю 2)
Протокол
Спостереження (1/2)
| m/g | l/cm | m/g | l/cm |
| 0 | 1,2 | 110 | 17,3 |
| 10 | 2,7 | 120 | 18,6 |
| 20 | 4,2 | 130 | 20,1 |
| 30 | 5,6 | 140 | 21,5 |
| 40 | 7,1 | 150 | 23,1 |
| 50 | 8,5 | 160 | 24,5 |
| 60 | 9,9 | 170 | 26,0 |
| 70 | 11,4 | 180 | 27,4 |
| 80 | 12,8 | 190 | 28,9 |
| 90 | 14,3 | 200 | 30,4 |
| 100 | 15,7 |
Таблиця 1
Спостереження (2/2)
| Тіло на чашці терезів | Відстань пересувного тягарця від точки обертання l/ см | Положення пересувного тягарця на шкалі в межах | Маса тіла m/г |
| Набір важків | 22,2 | 140...150 | 141 |
| Вал без магніта | 5,2 | 20...30 | 27 |
Таблиця 2
Опрацювання результатів
Двоплечий нерівноплечий важіль перебуває в рівновазі, коли моменти сил, що обертають праворуч і ліворуч, компенсують одне одного.
У досліді прикладеними силами є сили тяжіння тіл; отже, пристроєм, який називають терезами з пересувним тягарцем, можна порівнювати сили тяжіння, а тим самим і маси.
Порівнюючи невідому масу тіла з відомою масою стандартних важків, можна визначити невідому масу.
У терезах з пересувним тягарцем рівноваги досягають, змінюючи плече сили для пересувного тягарця до потрібної довжини. Кожній довжині плеча сили відповідає певна маса тіла, яке зважують. Саме на цьому принципі терези з пересувним тягарцем і градуюють.
Зауваження (1/2)
Рис. 4
Градуювання терезів з пересувним тягарцем кроками по 10 г дає, щоправда, багато позначок на шкалі, але забирає багато часу. Можна діяти й більшими кроками (по 20 г або по 50 г), а потім поділити шкалу дрібніше.
Найраціональніше було б визначити вимірюванням лише нуль і кінцеву точку (200 г) шкали, а тоді поділити шкалу - лінійно - так дрібно, як хочеться. Це можливо тому, що зміна сили, яка обертає ліворуч, на силу тяжіння FG пробного тіла потребує пропорційної до цієї зміни зміни правого плеча сили, щоб установити рівновагу на терезах:
тобто (пор. рис. 4).
Зауваження (2/2)
Момент, що обертає ліворуч, зростає пропорційно до маси пробного тіла (за сталого плеча важеля), а момент, що обертає праворуч, - пропорційно до довжини плеча сили (за сталої сили).
Визначення мас дослідних тіл (пор. таблицю 2) точне лише настільки, наскільки дрібними обрано поділки шкали. Якщо масу треба визначити якомога точніше, то щоразу вимірюють потрібну довжину l плеча важеля й обчислюють за нею масу, користуючись відомою парою значень (наприклад, 100 г = 15,7 см). Інакше можна інтерполювати й дістати масу з доброю точністю, що краще відповідає практичному користуванню терезами.
Завдання
Питання
Питання
Рис. 5