Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040098

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040098

Используя рычаг, три груза, штатив и динамометр, соберите установку для исследования равновесия рычага. Два груза подвесьте слева от оси вращения рычага на расстоянии 10 см и один груз на расстоянии 15 см слева от оси вращения. Определите момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 10 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 сам стоять горизонтально. Слева от оси вешаем два груза на расстоянии 10 см от оси и ещё один груз дальше, на расстоянии 15 см. Справа, на расстоянии 10 см от оси, цепляем динамометр и тянем вниз, пока рычаг не вернётся в горизонтальное положение.

Почему так. Поворачивающее действие силы описывают моментом силы — произведением силы на плечо, где плечо есть расстояние от оси вращения до линии действия силы. Рычаг покоится тогда, когда сумма моментов, вращающих его в одну сторону, равна сумме моментов, вращающих в другую. Каждый груз школьного набора весит около $P_1 = 1$ Н, а висит он на своём расстоянии, поэтому вклад каждого свой.

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

Измерения. Плечо справа: $l = (0{,}100 \pm 0{,}002)$ м, измеряем линейкой. Сила: $F = (3{,}5 \pm 0{,}1)$ Н, снимаем с динамометра при горизонтальном положении рычага.

Расчёт. Момент справа: $M = F \cdot l = 3{,}5 \cdot 0{,}10 = 0{,}35$ Н·м. Проверка слева: $M_{лев} = 2 \cdot 1 \cdot 0{,}10 + 1 \cdot 0{,}15 = 0{,}20 + 0{,}15 = 0{,}35$ Н·м — совпало. Момент силы измеряют в ньютон-метрах (Н·м). Обратите внимание: один груз висит дальше остальных, и он даёт больший вклад в момент, чем каждый из ближних.

Ответ

Расчётная формула: $M = F \cdot l$, где $F$ — сила динамометра на правом конце рычага, $l = 0{,}10$ м — её плечо. По условию равновесия рычага моменты слева и справа равны. Слева два груза (вес каждого $P_1 = 1$ Н) на плече $0{,}10$ м и один груз на плече $0{,}15$ м: $M_{лев} = 2P_1 \cdot 0{,}10 + P_1 \cdot 0{,}15 = 0{,}20 + 0{,}15 = 0{,}35$ Н·м. Значит $M = 0{,}35$ Н·м, а динамометр при плече $l = (0{,}100 \pm 0{,}002)$ м покажет $F = (3{,}5 \pm 0{,}1)$ Н. Ответ: $M \approx 0{,}35$ Н·м.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)