Виграш у силі на двосторонньому важелі з Cobra SMARTsense

Схема досліду

Учні спостерігають у цьому досліді зв'язок між силою тяжіння і довжиною плеча двостороннього важеля.

При цьому вони встановлюють, по-перше, що точка прикладання різних мас впливає на зусилля, потрібне, щоб утримувати важіль у рівновазі, а по-друге, як потрібна сила змінюється також залежно від точки прикладання динамометра.

Із цього вони роблять висновок, що відповідним розміщенням маси й динамометра на двосторонньому важелі можна заощадити силу.

Попередні знання

Принцип

Учні вміють розрізняти «силу тяжіння» і «масу».

Вони вміють застосовувати одиницю сили «1 Н».

Учні вміють самостійно збирати прості пристрої і показувати на досліді, що з їхньою допомогою можна зменшити потрібні сили.

Учні самостійно експериментують із двостороннім важелем і, змінюючи точку підвішування маси й динамометра, досліджують зменшення потрібної сили, коли шлях, на якому діє сила, довшає.

Вказівка: Обговоріть з учнями «недолік» - те, що виконувану роботу так зменшити не вдається.

Навчальна мета

Потрібна сила на двосторонньому важелі тим менша, що довшим стає шлях, на якому діє сила.

Робота ж в усіх випадках лишається (щонайменше) такою самою.

Завдання

• Учні підвішують на важіль різну кількість тягарців і вимірюють силу датчиком Cobra SMARTsense-Force.
• Учні порівнюють відхилення при різних вагах, а також положеннях важеля й цифрового динамометра.
• Вони міркують, який зв'язок існує між положенням маси, а також динамометра, і потрібною силою.

• Слід звернути увагу учнів на те, що з датчиком Cobra SMARTsense-Force треба поводитися обережно

• Зверніть увагу учнів на те, що висока конструкція зі штатива легко перекидається, якщо тягнути за неї надто високо.

• Для цього досліду чинні загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

Гойдалка

Ножиці

З майданчика ти напевно знаєш гойдалку. При цьому ти неодмінно помічав, що є різниця, де саме сидіти на гойдалці і скільки ти важиш. Якщо з іншого боку сидить, наприклад, дорослий, тобі треба сісти якомога далі назовні, щоб узагалі знову опуститися вниз. Отже, маса й місце сидіння відіграють на гойдалці велику роль.

Це і є принцип двостороннього важеля, і є ще інші приклади цього з побуту. Так, наприклад, тобі потрібно менше сили, щоб різати матеріали, якщо ручка ножиць довша. Так само легше рухати стрілу шлагбаума, якщо з іншого боку в нього важча противага.

Отже, двостороннім важелем можна заощадити силу, змінюючи положення маси й точки прикладання сили.

Від чого залежить потрібна сила на двосторонньому важелі?

• Підвішуй на важіль поступово дедалі більше тягарців і вимірюй з протилежного боку, як змінюється сила, потрібна тобі, щоб тримати важіль горизонтально.
• Тепер зміни спершу положення, у якому ти підвішуєш тягарці, а потім положення динамометра і поспостерігай за впливом на потрібну силу.
• Поміркуй, що показали твої вимірювання, і дай відповіді на питання в протоколі.

iOS

Android

Windows

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Закріпи подвійну муфту на штативному стрижні.

Просунь утримувальний болт крізь верхній отвір посередині важеля і закріпи потім утримувальний болт у подвійній муфті (рис. 4 і рис. 5).

Увімкни «Cobra SMARTsense-Force». Тримай його гачком угору і відкрий «measureAPP». Вибери датчик і з'єднай його, якщо він цього ще не зробив автоматично. Потім у вікні діаграми встанови «Вимірювання за натисканням кнопки».

Якщо після цього він показуватиме інше значення, ніж «0 Н», зайди в налаштування і встанови його на нуль, тримаючи гачок угору.

Завдання 1

Підвісь тримач тягарців і динамометр на протилежних боках важеля в положенні «10». Тягни динамометр донизу доти, доки важіль не стане горизонтально, як на рис. 6. Тепер зніми точку вимірювання.

Тепер по черзі клади на тримач тягарців щоразу ще один тягарець і щоразу знімай точку вимірювання. Пильнуй, щоб важіль лишався горизонтальним, як на рис. 7.

Після цього зупини вимірювання.

Рис. 6

Рис. 7

Завдання 2

Тепер візьми тримач тягарців з усіма 9 покладеними тягарцями і підвішуй його в різних місцях важеля (рис. 8).

Почни з положення далеко назовні і потім крок за кроком переставляй його дедалі далі всередину, доки не дійдеш до положення «1». Щоразу знімай точку вимірювання динамометром у положенні «10».

Поспостерігай у «measureAPP» як змінюється сила, коли ти постійно тримаєш важіль у горизонтальному положенні, і зупини вимірювання.

Рис. 8

Завдання 3

Тепер підвісь тримач тягарців із 3 тягарцями далі всередину, у положення «5» (рис. 9).

Тепер виміряй динамометром з іншого боку важеля в різних положеннях силу, що на нього діє, причому важіль має завжди лишатися в горизонтальному положенні.

Щоразу знімай точку вимірювання і спостерігай у «measureAPP», як змінюється сила.

Потім зупини вимірювання.

Рис. 9