Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040137

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040137

Используя рычаг, три груза, штатив и динамометр, соберите установку для исследования равновесия рычага. Три груза подвесьте слева от оси вращения рычага следующим образом: два груза на расстоянии 12 см и один груз на расстоянии 6 см от оси. Определите момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 12 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 так, чтобы без грузов он стоял горизонтально — тогда собственный вес рычага уравновешен и мешать измерениям не будет. Слева от оси вешаем два груза на расстоянии 12 см от оси и ещё один груз на расстоянии 6 см от оси. К правому концу, на расстоянии 12 см от оси, цепляем динамометр и тянем вниз ровно настолько, чтобы рычаг снова стал горизонтальным.

Почему так. Рычаг стоит на месте, когда «крутящие усилия» слева и справа одинаковы. Такое усилие называют моментом силы — это сила, умноженная на плечо (плечо — расстояние от оси до линии, вдоль которой тянет сила). Каждый груз школьного набора весит примерно $P_1 = 1$ Н и тянет рычаг вниз со своего расстояния.

Формула. Момент силы: $M = F \cdot l$. Условие равновесия рычага: $M_{лев} = M_{прав}$.

Измерения. Плечо справа измеряем линейкой: $l = (0{,}120 \pm 0{,}002)$ м. Силу снимаем с динамометра в тот момент, когда рычаг горизонтален: $F = (2{,}5 \pm 0{,}1)$ Н.

Расчёт. Проверим себя через левую сторону: $M_{лев} = 2 \cdot 1 \cdot 0{,}12 + 1 \cdot 0{,}06 = 0{,}24 + 0{,}06 = 0{,}30$ Н·м. Справа получаем то же самое: $M = F \cdot l = 2{,}5 \cdot 0{,}12 = 0{,}30$ Н·м. Единица момента силы — ньютон-метр (Н·м).

Ответ

Расчётная формула: $M = F \cdot l$, где $F$ — сила, приложенная к правому концу рычага, $l = 0{,}12$ м — её плечо. Условие равновесия рычага: сумма моментов слева равна сумме моментов справа. Слева два груза (вес каждого $P_1 = 1$ Н) на плече $0{,}12$ м и один груз на плече $0{,}06$ м: $M_{лев} = 2P_1 \cdot 0{,}12 + P_1 \cdot 0{,}06 = 0{,}24 + 0{,}06 = 0{,}30$ Н·м. Значит искомый момент справа $M = 0{,}30$ Н·м, а динамометр при плече $l = (0{,}120 \pm 0{,}002)$ м покажет $F = (2{,}5 \pm 0{,}1)$ Н. Ответ: $M \approx 0{,}3$ Н·м.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)
Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040137 | Global EE