Правило равновесия рычага. Нахождение и сравнение моментов сил
Цель работы: проверить на опыте правило равновесия рычага, измерить моменты действующих на рычаг сил и сравнить их.
Оборудование: штатив с лапкой и муфтой, рычаг, набор грузов по механике массой по 100 г, динамометр, линейка.
Подготовка к работе
Прочитайте описание работы и повторите § 23, п. 2, 4.
Содержание работы
В данной работе сначала проверяют в нескольких опытах справедливость правила равновесия рычага.
Затем, используя результаты опытов, вычисляют и сравнивают моменты сил, приложенных к рычагу, когда он находился в равновесии, и делают вывод из этого сравнения.
Ход работы
1. Условие равновесия рычага.
• Закрепите ось рычага в лапке штатива и уравновесьте его в горизонтальном положении с помощью регулировочных гаек на концах.
• Измерьте вес P «гирлянды» из нескольких грузов и запишите результат измерений с указанием погрешности в таблицу.
| P, Н | $l_{1}$, м | F, Н | $l_{2}$, м | $\frac{P}{F}$ | $\frac{l_{2}}{l_{1}}$ |
|---|---|---|---|---|---|
• Удерживая рукой рычаг в горизонтальном положении, подвесьте к нему на некотором расстоянии от оси «гирлянду» грузов с известным весом. Уравновесьте рычаг, прикладывая к нему с помощью динамометра направленную вертикально вниз силу F. Запишите результат измерений с указанием погрешности в таблицу.
• Измерьте плечи двух сил $l_{1}$ и $l_{2}$, приложенных к рычагу по разные стороны от оси, когда рычаг находится в равновесии, и запишите результаты измерений в таблицу с указанием погрешности.
• Повторите опыт ещё 2 раза, изменяя положение точки подвеса грузов и их число. Результаты опытов запишите в таблицу.
• Найдите отношения $\frac{P}{F}$ и $\frac{l_{2}}{l_{1}}$ в каждом из опытов. Сравните полученные результаты и запишите вывод.
2. Нахождение и сравнение моментов сил.
• Используя полученные результаты, вычислите для каждого из проведённых вами опытов моменты сил, стремящихся вращать рычаг в противоположных направлениях, когда он находится в равновесии. Сравните полученные результаты и запишите вывод.
Лабораторная работа: Правило равновесия рычага. Нахождение и сравнение моментов сил
1. Условие равновесия рычага.
• Закрепили ось рычага в лапке штатива и уравновесили его в горизонтальном положении с помощью регулировочных гаек на концах.
• Измерили вес P «гирлянды» из нескольких грузов:
P = (3 ± 1) Н
Занесли измерения в таблицу.
| P, Н | $l_{1}$, м | F, Н | $l_{2}$, м | $\frac{P}{F}$ | $\frac{l_{2}}{l_{1}}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| 3 ± 1 | 0,4 ± 0,01 | 4 ± 1 | 0,3 ± 0,01 | 0,75 | 0,75 |
| 4 ± 1 | 0,5 ± 0,01 | 5 ± 1 | 0,4 ± 0,01 | 0,8 | 0,8 |
| 5 ± 1 | 0,6 ± 0,01 | 6 ± 1 | 0,5 ± 0,01 | $\frac{5}{6}$ | $\frac{5}{6}$ |
• Удерживая рукой рычаг в горизонтальном положении, подвесили к нему на некотором расстоянии от оси «гирлянду» грузов. Уравновесили рычаг, прикладывая к нему с помощью динамометра направленную вертикально вниз силу F:
F = (4 ± 1) Н
Занесли измерение в таблицу.
• Измерили плечи двух сил $l_{1}$ и $l_{2}$:
$l_{1}$ = (0,4 ± 0,01) м
$l_{2}$ = (0,3 ± 0,01) м
Занесли измерения в таблицу.
• Повторили опыт ещё 2 раза, изменяя положение точки подвеса грузов и их число.
2−й опыт:
P = (4 ± 1) Н
F = (5 ± 1) Н
$l_{1}$ = (0,5 ± 0,01) м
$l_{2}$ = (0,4 ± 0,01) м
3−й опыт:
P = (5 ± 1) Н
F = (6 ± 1) Н
$l_{1}$ = (0,6 ± 0,01) м
$l_{2}$ = (0,5 ± 0,01) м
• Нашли отношения $\frac{P}{F}$ и $\frac{l_{2}}{l_{1}}$ в каждом из опытов:
1−й опыт:
$\frac{P}{F}$ = $\frac{3\;Н}{4\;Н}$ = 0,75
$\frac{l_{2}}{l_{1}}$ = $\frac{0,3\;м}{0,4\;м}$ = 0,75
2−й опыт:
$\frac{P}{F}$ = $\frac{4\;Н}{5\;Н}$ = 0,8
$\frac{l_{2}}{l_{1}}$ = $\frac{0,4\;м}{0,5\;м}$ = 0,8
3−й опыт:
$\frac{P}{F}$ = $\frac{5\;Н}{6\;Н}$ = $\frac{5}{6}$
$\frac{l_{2}}{l_{1}}$ = $\frac{0,5\;м}{0,6\;м}$ = $\frac{5}{6}$
Внесли сравнения в таблицу.
Вывод: приложенные силы обратно пропорциональны длинам плеч.
2. Нахождение и сравнение моментов сил.
• Используя полученные результаты, вычислили для каждого из проведённых опытов моменты сил:
M = Fl
1−й опыт:
$M_{1л}$ = 4 Н * 0,3 м = 1,2 Н * м
$M_{1п}$ = 3 Н * 0,4 м = 1,2 Н * м
2−й опыт:
$M_{2л}$ = 5 Н * 0,4 м = 2 Н * м
$M_{2п}$ = 4 Н * 0,5 м = 2 Н * м
3−й опыт:
$M_{3л}$ = 6 Н * 0,5 м = 3 Н * м
$M_{3п}$ = 5 Н * 0,6 м = 3 Н * м
$M_{1л}$ = $M_{1п}$
$M_{2л}$ = $M_{2п}$
$M_{3л}$ = $M_{3п}$
Вывод: моменты силы двух плеч на одном рычаге равны.
