Виграш у силі на односторонньому важелі з Cobra SMARTsense

У цьому досліді учні спостерігають за зв'язком між силою тяжіння і довжиною плеча одностороннього важеля.

Вони з'ясовують, по-перше, що точка прикладання різних вантажів впливає на силу, потрібну, щоб утримати важіль у рівновазі, а по-друге, як сила, яку треба прикласти, змінюється залежно від точки прикладання динамометра.

Звідси вони роблять висновок, що відповідним розміщенням вантажу й динамометра на односторонньому важелі можна заощадити силу.

Попередні знання

Принцип

Учні вміють розрізняти "силу тяжіння" і "масу"

Вони вміють користуватися одиницею сили "1 Н"

Учні вміють самостійно складати прості пристрої та експериментально показувати, що завдяки їм потрібні сили можна зменшити

Учні самостійно експериментують з одностороннім важелем і досліджують, змінюючи точки підвішування вантажу й динамометра, як зменшується потрібна сила, коли шлях, на якому діє сила, збільшується.

Зауваження: Варто обговорити з учнями "недолік": роботу, яку треба виконати, таким чином зменшити не вдається.

Навчальна мета

Сила, яку треба прикласти, зменшується тим більше, чим довший шлях, на якому діє сила.

Робота ж у всіх випадках лишається (щонайменше) такою самою.

Завдання

• Учні підвішують на важіль різну кількість тягарців і вимірюють силу динамометром Cobra SMARTsense
• Учні порівнюють потрібну силу за різних вантажів, а також за різних положень на важелі й положень динамометра
• Вони міркують, який зв'язок існує між положенням вантажу, положенням динамометра і потрібною силою

• Учнів слід попередити, що з динамометром Cobra SMARTsense треба поводитися дбайливо

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

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

Трамплін

Горіхокол

З басейну ти напевно знаєш трамплін, який прогинається, коли ти на ньому стоїш. Ти, мабуть, помічав, що дошка прогинається тим сильніше, чим далі вперед ти ступаєш. Під важчими людьми вона прогинається ще більше. Отже, твоя маса й твоє положення на дошці визначають, наскільки сильно вона прогнеться.

Це і є принцип одностороннього важеля, і в побуті є ще інші його приклади. Так, наприклад, тобі потрібно набагато менше сили, щоб розколоти горіх горіхколом, ніж голою рукою. Або тачка, яку тим легше підняти, чим довші в неї ручки.

Отже, що далі точка прикладання сили від підвісу важеля, то менше сили потрібно, щоб його зрушити.

Від чого залежить потрібна сила на односторонньому важелі?

• Підвісь усі тягарці на важіль і виміряй силу динамометром. Зміни положення тягарців і поспостерігай, як змінюється потрібна сила
• Візьми менший вантаж і дослідь тепер, як поводиться сила, якщо ти щоразу закріплюєш динамометр у іншому місці
• Поміркуй, що показали твої вимірювання, і дай відповіді на запитання в протоколі

iOS

Android

Windows

Рис. 1

Рис. 2

Рис. 3

Рис. 4

Рис. 5

Закріпи подвійну муфту на штативному стрижні.

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

Увімкни "Cobra SMARTsense-Force". Тримай його гаком донизу й відкрий "measureAPP". Вибери датчик і під'єднай його, якщо це ще не сталося автоматично.

Якщо після цього він показує не "0 Н", зайди в налаштування й установи його на нуль, тримаючи гак донизу.

Рис. 6

Перейди в "measureAPP" у вікно діаграми й установи "Вимірювання за натисканням кнопки". Закріпи динамометр петлею на важелі.

Завдання 1

Поклади всі 9 прорізних тягарців на тримач. Маса тепер становить 100 г.

Підвісь тримач тягарців у положенні "10" на важіль. Зачепи динамометр Cobra в тому самому положенні й тягни його вгору доти, доки важіль не стане горизонтально, як на рис. 6. Тепер запиши в "measureAPP" одну точку вимірювання.

Тепер підвішуй тримач тягарців у різних місцях на важелі й щоразу записуй у положенні "10" динамометром точку вимірювання. Спостерігай, як при цьому змінюється сила. Потім зупини вимірювання і збережи його.

Рис. 7

Завдання 2

Тепер поклади на тримач лише 3 тягарці. Маса тепер становить 40 г.

Тримач тягарців у цій частині досліду підвішуй завжди в тому самому місці, наприклад у положенні "5".

Тепер вимірюй динамометром у різних положеннях силу, що на нього діє, коли ти тримаєш важіль горизонтально в рівновазі, як на рис. 7. Щоразу записуй точку вимірювання.

Знову спостерігай, як змінюється сила.

Потім зупини вимірювання і збережи його.