Цель работы:
Убедиться на опыте в том, что полезная работа, выполненная с помощью простого механизма (наклонной плоскости), меньше полной.
Приборы и материалы:
Доска, динамометр, измерительная лента или линейка, брусок, штатив с муфтой и лапкой (рис. 206).
Указания к работе:
1. Повторите по учебнику § 65 "Коэффициент полезного действия механизма".
2. Определите с помощью динамометра вес бруска.
3. Закрепите доску в лапке штатива в наклонном положении.
4. Положите брусок на доску, прикрепив к нему динамометр.
5. Перемещайте брусок с постоянной скоростью вверх по наклонной доске.
6. Измерьте с помощью линейки путь s, который проделал брусок, и высоту наклонной плоскости h.
7. Измерьте силу тяги F.
8. Вычислите полезную работу по формуле , а затраченную − по формуле .
9. Определите КПД наклонной плоскости: .
10. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 15.
Дополнительное задание.
1. Используя "золотое правило" механики, рассчитайте, какой выигрыш в силе даёт наклонная плоскость, если не учитывать трение.
2. Измените высоту наклонной плоскости и для неё определите полезную, полную работу и КПД.
рис. 206.
Таблица 15.
При выполнении данной работы необходимо вспомнить «золотое правило» механики. А именно, работа по равномерному перемещению тела по наклонной плоскости без трения на высоту h равна работе, совершенной при подъеме тела на высоту h по вертикали.
При подъеме по вертикали на высоту h, полезная работа равна: .
При подъеме по плоскости работа равна: , где F− сила, с которой груз поднимается равномерно, l — пройденный телом путь, — затраченная работа.
В идеальном случае, когда нет силы трения, .
Но поскольку при движении тела по плоскости возникает сила трения, то .
Коэффициент полезного действия наклонной плоскости равен:
.
Ход работы.
1. Определим с помощью динамометра вес бруска. Вес равен 2,2 Н.
2. Закрепим доску в лапке штатива в наклонном положении.
3. Положим брусок на доску, прикрепив к нему динамометр.
4. Переместим брусок с постоянной скоростью вверх по наклонной доске.
5. Измерим с помощью линейки путь s, который проделал брусок. Он равен 0,4 м. Измерим также высоту наклонной плоскости h, она равна 0,2 м.
6. Измерим силу тяги F. Сила тяги по показаниям динамометра равна 1,8 Н.
7. Вычислим полезную работу по формуле , а затраченную − по формуле .
Дж;
Дж.
8. Определим КПД наклонной плоскости:
;
%;
9. Результаты измерений и вычислений занесём в таблицу 15.
Таблица 15.
h, м | Р, Н | , Дж | s, м | F, Н | , Дж | * 100% |
---|---|---|---|---|---|---|
0,2 | 2,2 | 0,44 | 0,4 | 1,8 | 0,72 | 61 |
Дополнительное задание.
1. В соответствии с "золотым правилом" механики:
;
Ph = Fs;
= 2.
Наклонная плоскость при отсутствии силы трения дала бы выигрыш в силе в 2 раза.
2. Изменим высоту наклонной плоскости и для неё определим полезную, полную работу и КПД.
Дж;
Дж;
%;
3. Результаты измерений и вычислений занесём в таблицу.
h, м | Р, Н | , Дж | s, м | F, Н | , Дж | * 100% |
---|---|---|---|---|---|---|
0,3 | 2,2 | 0,66 | 0,4 | 1,9 | 0,76 | 87 |