Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040093

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040093

Используя рычаг, три груза, штатив и динамометр, соберите установку для исследования равновесия рычага. Два груза подвесьте слева от оси вращения рычага на расстоянии 18 см, а один груз на расстоянии 9 см справа от оси вращения. Определите момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 18 см от оси вращения рычага для того, чтобы он оставался в равновесии в горизонтальном положении. Абсолютная погрешность измерения силы равна ±0,1 Н, абсолютная погрешность измерения расстояния равна ±2 мм. В бланке ответов № 2: 1) зарисуйте схему экспериментальной установки; 2) запишите формулу для расчёта момента силы; 3) укажите результаты измерений приложенной силы и длины плеча с учётом абсолютных погрешностей измерений; 4) запишите значение момента силы.

Источник: ФИПИ

Решение

Собираем установку. Рычаг закрепляем в штативе и сначала уравновешиваем его без грузов — он должен стоять горизонтально сам по себе. Слева от оси вешаем два груза на расстоянии 18 см. Справа от оси на расстоянии 9 см вешаем третий груз. К правому концу, на расстоянии 18 см от оси, цепляем динамометр и тянем вниз, пока рычаг снова не станет горизонтальным.

Внимание к условию. Здесь один из грузов висит НЕ слева, а справа — с той же стороны, куда тянет динамометр. Значит, он помогает динамометру и уменьшает нужное усилие. Если не заметить этого и посчитать все три груза слева, ответ получится завышенным.

Почему так. Поворачивающее действие силы описывают моментом силы — произведением силы на плечо (плечо отсчитывают от оси вращения). Рычаг покоится, когда сумма моментов, вращающих его в одну сторону, равна сумме моментов, вращающих в другую. Каждый груз школьного набора весит примерно $P_1 = 1$ Н.

Формула. $M = F \cdot l$; условие равновесия: $M_{лев} = M_{прав}$.

Измерения. Плечо динамометра: $l = (0{,}180 \pm 0{,}002)$ м. Показание динамометра при горизонтальном рычаге: $F = (1{,}5 \pm 0{,}1)$ Н.

Расчёт. Слева: $M_{лев} = 2 \cdot 1 \cdot 0{,}18 = 0{,}36$ Н·м. Справа уже есть момент груза: $1 \cdot 0{,}09 = 0{,}09$ Н·м. Динамометру остаётся добавить $M = 0{,}36 - 0{,}09 = 0{,}27$ Н·м. Проверка через прибор: $M = F \cdot l = 1{,}5 \cdot 0{,}18 = 0{,}27$ Н·м — сходится. Момент силы измеряют в ньютон-метрах (Н·м).

Ответ

Расчётная формула: $M = F \cdot l$, где $F$ — сила динамометра на правом конце рычага, $l = 0{,}18$ м — её плечо. Условие равновесия: сумма моментов слева равна сумме моментов справа. Слева два груза (вес каждого $P_1 = 1$ Н) на плече $0{,}18$ м: $M_{лев} = 2 \cdot 1 \cdot 0{,}18 = 0{,}36$ Н·м. Справа уже висит один груз на плече $0{,}09$ м, он даёт $1 \cdot 0{,}09 = 0{,}09$ Н·м. Значит динамометр должен добавить справа $M = 0{,}36 - 0{,}09 = 0{,}27$ Н·м, и при плече $l = (0{,}180 \pm 0{,}002)$ м он покажет $F = 0{,}27/0{,}18 = (1{,}5 \pm 0{,}1)$ Н. Ответ: $M \approx 0{,}27$ Н·м.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)