Лабораторна робота № 4 ДОСЛІДЖЕННЯ УМОВ РІВНОВАГИ ТІЛА ПІД ДІЄЮ КІЛЬКОХ СИЛ

Мета роботи: дослідити умови рівноваги тіла з віссю обертання під дією кількох сил, навчитися визначати момент сил і з’ясувати умову рівноваги важеля.

Обладнання: важіль лабораторний, підвішений на штативі; набір тягарців відомої маси; динамометр лабораторний; лінійка з міліметровими поділками. 

Правила техніки безпеки

1. Приступати до виконання роботи можна тільки з дозволу вчителя.

2. Обережно поводьтеся з приладами і тілами, не допускайте падіння секундоміра і важків.

3. Підвішуючи важки або закріплюючи динамометр до важеля, підтримуйте важіль рукою.

4. Розташовуйте експериментальну установку на відстані не менше 10 см від краю стола.

5. Після закінчення роботи наведіть порядок на робочому місці.

Теоретичні відомості

Умовою рівноваги твердого тіла із нерухомую віссю обертання є виконання
правила моментів сил. Згідно з цим правилом тіло перебуває в рівновазі, якщо векторна сума моментів сил, що діють на тіло, дорівнює нулю:

або сума моментів сил, що намагаються обернути важіль проти напрямку руху стрілки годинника, дорівнює сумі моментів сил, що намагаютьмя повернути важіль за напрямком руху стрілки годинника: М₁=М₂,

де М₁=F₁l₁ – момент сили F₁, що обертає важіль проти напрямку руху стрілки годинника; 

М₂=F₂l₂ – момент сили F₂, що обертає важіль за годинниковою стрілкою. Дослідження властивостей важеля базується на тому, що важіль знаходиться в рівновазі, коли він не обертається під дією сил, прикладених до нього.

У цій роботі зручно розглядати дію ваги важків на плечі важеля. Вагу важків знаходять за відомою масою, вказаною на важках або за допомогою динамометра. Плечі важеля l₁ та l₂ вимірюють, як відстань від осі обертання до точки прикладення сили, коли важіль розташований горизонтально.

                                 Порядок виконання роботи

Дослід 1. Дослідження умов рівноваги важеля під дією двох сил.

1.    Закріпіть на штативі важіль та зрівноважте його за допомогою розташованих на кінцях гайок.

2.    2. До лівої частини важеля на відстані 10-20 см закріпіть вантаж масою 50-100 г. Значення ваги вантажу запишіть до таблиці.

3. До іншої сторони важеля закріпіть динамометр та, тримаючи у руках динамометр, зрівноважте важіль. Показ шкали динамометра запишіть до таблиці.

3.   4.  За допомогою лінійки або мірної стрічки виміряйте плече сили l₁, з якою важки діють на ліву частину важеля. Результат вимірювання запишіть до таблиці.

4.    5. За допомогою лінійки або мірної стрічки виміряйте плече сили l₂, з якою зрівноважують важіль. Результат вимірювання запишіть до таблиці.

5.    6. За формулою М₁=F₁·l₁, обчисліть момент сили, що намагається повернути важіль проти напрямку руху стрілки годинника. Результат обчислень запишіть до таблиці.

6.   7.  Порівняйте отримані значення моментів сил М₁ та М₂, та запишіть висновок.

3.    8. Закріпіть динамометр на іншій відстані від осі обертання та повторіть дії, що описані у пунктах 4-7.

Дослід 2. Дослідження умов рівноваги важеля під дією трьох сил.

1.    До лівої частини важеля закріпіть 2 вантажі масою 50-100 г так, як зображено на малюнку. Значення ваги вантажів запишіть до таблиці.

2.    2. До іншої сторони важеля закріпіть динамометр та, тримаючи у руках динамометр, зрівноважте важіль. Показ шкали динамометра запишіть до таблиці.

3.    За допомогою лінійки або мірної стрічки виміряйте плечі сил l₁, l₂ та l₃. Результати вимірювання запишіть до таблиці.

4.    За формулою М₁=F₁·l₁, обчисліть момент сили, що намагається повернути важіль проти напрямку руху стрілки годинника. Результат обчислень запишіть до таблиці.

5.    Порівняйте значення суми моментів сил , що намагаються повернути важіль за напрямом руху стрілки годинника з сумою моментів сил, що намагаються повернути важіль проти напрямку руху стрілки годинника, та запишіть висновок про те, за яких умов важіль перебуває в стані рівноваги.

Висновок.

У висновку вкажіть:

а) які фізичні величини визначали у даній лабораторній роботі;

б) яке значення шуканих величин Ви отримали у досліді;

в) в яких одиницях вимірювання визначаються шукані величини;

г) поясніть причини похибок і неточностей під час проведених вимірювань.

Додаткове експериментальне завдання

Запропонуйте метод вимірювання маси тіла, використовуючи важіль та тягарець, масою 100 г.