Отримання знань

    Лабораторна робота № 6

Тема:	Вивчення умов рівноваги твердого тіла Дослідження простих механізмів
Мета:	дослідити необхідну та достатню умови рівноваги твердого тіла; розглянути принцип дії рухомого та нерухомого блоків важелів І-го та    ІІ-го роду; визначити ККД цих механізмів; визначити, чи дають ці механізми виграш у силі, в роботі.
Обладнання:	три динамометри, дошка, тверде тіло, важіль, штатив, важки, аркуші білого паперу, лінійка, набір блоків, клейка стрічка.

 

Контрольні запитання

1)   Сформулюйте означення моменту сили ат плеча сили. Сформулюйте необхідну та достатню умови рівноваги.

2)   Що називають простими механізмами. Які прості механізми Ви знаєте.

3)   Що називають важелем. Що являють собою важіль першого та другого роду? Що називають блоком. Які види блоків Вам відомі. Сформулюйте «золоте правило механіки».

4)   Навчіться, використовуючи умови рівноваги теоретично розраховувати виграш в силі, які дають системи простих механізмів.

5)   Дайте означення роботи та  ККД. Запишіть формулу, за якою визначається ККД.

 

 

Розв’яжіть тренувальні задачі

1)   Знайдіть   видовження  пружини  (див рис 1),  якщо  її  жорсткість  k = 200 Н/м, маса кожного важка 100 г. Маса  важеля  200 г,  а  його  довжина   1 м. Система перебуває у рівновазі.

рис 1

рис 2

2)   Знайдіть положення точки А (рис 2), де треба розмістити опору, щоб важіль ВС перебував у рівновазі. = 2 кг,     = 6 кг. ВС = 0,6 м.  Радіус  меншого колеса ворота = 0,12 м, радіус більшого колеса ворота  = 0,36 м. Блоки та ворот невагомі.

3)   До стіни приставлена драбина АВ масою m (рис 3). Центр її ваги знаходиться на відстані 1/3 довжини від її верхнього кінця. Яку горизонтальну силу F потрібно прикласти до середини драбини, щоб верхній кінець драбини «відірвати» від стіни? Кут між драбиною та стіною .

рис 3

рис 4

рис 5

4)   Колоди підіймають тросом так, як показано на рис 4. Де натяг тросу більший, в частинах А і В чи в С, якщо а) =90⁰; б) =120⁰; в)=150⁰?

5)   Однорідний стержень АВ спирається на шорстку підлогу (рис 5) та утримується у рівновазі горизонтальною ниткою. Коефіцієнт тертя між стержнем та підлогою =0,35. При якому граничному значенні кута нахилу  стержня до підлоги це можливо?

 

Хід роботи

І. Дослідження необхідної умови рівноваги твердого тіла.

1.      Опрацюйте інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 1. Ознайомтесь з принципом дії лабораторної установки.

2.      За допомогою клейкої стрічки закріпіть на дошці аркуш білого паперу.

3.      Закріпіть на дошці три динамометри (рис 1), які діють на тверде тіло.

4.      Запишіть покази динамометрів , , . За допомогою олівця вказати на аркуші білого паперу напрями дії сил (рис 2). Прибравши динамометри, відтворіть розташування сил графічно, зобразивши на аркуші паперу вектори відповідних сил, обравши попередньо масштаб (наприклад, 0,1 Н – 1 см).

рис 1	рис 2

5.      Векторно додати ці сили, перевіривши умову рівноваги тіла за відсутності осі обертання: . Це можна зробити двома способами:

Ø   Розкласти сили по двом взаємо перпендикулярним осям (ОХ та OY) і тоді алгебраїчна сума проекцій векторів сил на вісь ОХ і алгебраїчна сума проекцій векторів сил на вісь ОY повинна дорівнювати нулю;

Ø   Геометрично скласти дві сили (наприклад  та ) і порівняти їх рівнодійну з вектором сили .

6.      Дослід повторіть декілька разів, прикріплюючи гачки динамометрів до різних точок тіла. Щоразу виконуйте креслення векторів сил для кожного з випадків.

7.      Отримані креслення здайте вчителю.

8.      Оцініть похибки вимірювань. Зробіть висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; поясніть причини похибок; що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б  її більш цікавою для Вас.

 

ІІ. Визначення умови рівноваги тіл з закріпленою віссю обертання.

1.      Опрацюйте інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 2. Ознайомтесь з принципом дії лабораторної установки. Зібрати установку (рис 2), підвісити за допомогою ниток не менше 3-х тіл. Основною деталлю приладу рис 2 для визначення умови рівноваги тіл з закріпленою віссю обертання є тіло 1 із втулкою. Воно насаджується на вісь 2, що затискується в муфту штатива. У довільно вибраних місцях на тілі закріплені гвинтики 3, на яких підвішені за допомогою ниток вантажі 4.

2.      За допомогою косинця і лінійки виміряти плечі сил (довжина перпендикуляра опущеного з точки опори на пряму, по якій діє сила). У даній роботі всі сили діють вертикально вниз, а величину сили можна визначити за формулою F=mg, де m – маса вантажу. Всі обчислення слід робити в СІ.

3.      Обчислити момент сили за формулою M=Fd, де  d – плече сили. 4.      Знайти алгебраїчну суму моментів сил, які діють на тіло, пам’ятаючи, що моментам сил, які обертають тіло проти годинникової стрілки прийнято приписувати додатний знак, а за годинниковою стрілкою – від’ємний. 5.      Повторити дослід мінімум тричі, змінивши положення тіла і величину сил. 6.      Заповнити відповідну таблицю даних 2

рис 2

7.      Оцініть похибки вимірювань. Зробіть висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; поясніть причини похибок; що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б  її більш цікавою для Вас.

 

ІІІ. Дослідження умови рівноваги важеля.

1.      Опрацюйте інструкцію лабораторної роботи. Підготуйте у роботі таблицю даних 3. Ознайомтесь з принципом дії лабораторної установки.

2.      Закріпити важіль на штативі і зрівноважити його в горизонтальному положенні за допомогою розміщених на його кінцях пресувальних гайок   рис 3.

3.      Підвісити в деякій точці до одного з плеч важеля тягарець.

4.      Прикріпити до другого кінця важеля динамометр і визначити силу, яку слід прикласти до важеля, щоб він перебував в рівновазі.

5.      Лінійкою виміряти довжини плеч сил: плече сили  - l₁ , та плече сили  - l₂.

6.      Динамометром виміряти масу підвішеного тягарця.

7.      Знайти абсолютні значення моментів сил  та . Переконатися, що вони рівні між собою.

8.      Знайдені величини записати в таблицю 2 9.      Дослід виконати 3 – 5разів з різним числом тягарців та з різним значенням плеч сил. Щоразу записувати результати в таблицю 2. 10.  Підготуйте у роботі таблицю даних 3. Повторіть дослід (пункти 2 - 9) дослідно перевірте умову рівноваги важеля другого роду. Результати вимірювань та обчислень запишіть до складеної Вами таблиці даних 3. 11.  Оцініть похибки вимірювань. Зробіть висновок. У висновку опишіть свої здобутки, яких Ви набули, виконуючи дану роботу; поясніть причини похибок; що б Ви запропонували для покращення чи вдосконалення даної роботи, що зробило б  її більш цікавою для Вас.

рис 3