Конструирование динамометра и измерение сил
Цель работы: измерить жёсткость пружины, сконструировать динамометр, измерить с его помощью вес тела и найти его массу.
Оборудование: динамометр с закрытой шкалой, набор грузов по механике весом 1 Н каждый, штатив с муфтой и лапкой, прозрачная линейка, 3 тела неизвестной массы.
Подготовка к работе
Прочитайте описание работы и повторите § 13, п. 2—4.
Содержание работы
В данной работе изготовляют самодельный динамометр, используя пружину и грузы известного веса. Для градуирования шкалы динамометра используют закон Гука. Изготовленным динамометром измеряют веса́ и находят массы предложенных тел.
Ход работы
1. Измерение жёсткости пружины.
• На бумаге, закрывающей шкалу динамометра, напишите единицу силы «Н». Отметьте штрихом положение указателя, когда пружина не деформирована. Напишите рядом «0».
• Укрепите динамометр в лапке штатива. Подвешивая к нему 1, 2, 3 и 4 груза, отмечайте положения указателя штрихами.
• Снимите грузы с динамометра, а динамометр — со штатива. Напишите рядом со штрихами цифры от 1 до 4.
• Измерьте линейкой удлинения пружины, соответствующие значениям силы упругости от 1 до 4 Н. Результаты запишите в таблицу.
| F, Н | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| x, мм |
• Начертите оси координат х и F, выберите масштаб, при котором удлинению пружины 1 см и силе упругости 1 Н соответствует 1 см (две клетки), и отметьте (с учётом погрешно−сти измерения) четыре полученные вами экспериментальные точки, а также начало координат.
• Используя прозрачную линейку, постройте по отмеченным точкам график зависимости силы упругости от удлинения пружины в предположении, что сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружины (поэтому график должен проходить через начало координат).
• Используя построенный график, найдите жёсткость пружины динамометра и запишите результат без указания погрешности. Учтите, что удлинение пружины надо выражать в единицах СИ.
2. Измерение сил динамометром.
• С помощью линейки разделите на 5 равных частей расстояние между соседними штрихами. Определите цену деления шкалы изготовленного вами динамометра и запишите результат.
• Измерьте изготовленным динамометром вес каждого из предложенных вам тел и найдите их массы. Результаты запишите в таблицу без указания погрешности.
| Наименование тела | Вес тела P, Н | Масса тела m, кг |
|---|---|---|
Лабораторная работа Конструирование динамометра и измерение сил.
1. Измерение жёсткости пружины.
• На бумаге, закрывающей шкалу динамометра, написали единицу силы «Н». Отметили штрихом положение указателя, когда пружина не деформирована. Написали рядом «0».
• Укрепили динамометр в лапке штатива. Подвешивая к нему 1, 2, 3 и 4 груза, отметили положения указателя штрихами.
• Сняли грузы с динамометра, а динамометр — со штатива. Написали рядом со штрихами цифры от 1 до 4.
• Измерили линейкой удлинения пружины, соответствующие значениям силы упругости от 1 до 4 Н.
| F, Н | 1 | 2 | 3 | 4 |
|---|---|---|---|---|
| x, мм | 7 ± 1 | 14 ± 2 | 21 ± 3 | 28 ± 4 |
• Начертили оси координат х и F масштабом, при котором удлинению пружины 1 см и силе упругости 1 Н соответствует 1 см и отметили четыре полученные экспериментальные точки, а также начало координат:
• Используя прозрачную линейку, построили по отмеченным точкам график зависимости силы упругости от удлинения пружины:
• Используя построенный график, нашли жёсткость пружины динамометра через единицы СИ по формуле:
k = $\frac{F_{упр}}{x}$ = $\frac{1\;Н}{0,007\;мм}$ = 143 Н/м
2. Измерение сил динамометром.
• С помощью линейки разделили на 5 равных частей расстояние между соседними штрихами. Определили цену деления шкалы изготовленного динамометра:
ЦД = $\frac{2\;Н\;-\;1\;Н}{5}$ = 0,2 Н
• Измерили изготовленным динамометром вес каждого из предложенных вам тел и нашли их массы.
| Наименование тела | Вес тела P, Н | Масса тела m, кг |
|---|---|---|
| грузик на нити 1 | 1 | 0,1 |
| грузик на нити 2 | 3 | 0,3 |
| грузик на нити 3 | 4 | 0,4 |
m = $\frac{P}{g}$
$m_{1}$ = $\frac{1\;Н}{10\;Н/кг}$ = 0,1 кг
$m_{2}$ = $\frac{3\;Н}{10\;Н/кг}$ = 0,3 кг
$m_{3}$ = $\frac{4\;Н}{10\;Н/кг}$ = 0,4 кг
