Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040186

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040186

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 6 см и один груз на расстоянии 12 см от оси. Определите момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 6 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, пока на нём ничего не висит, добиваемся горизонтального положения — иначе собственный вес рычага исказит опыт. Слева от оси подвешиваем два груза на расстоянии 6 см от оси и ещё один груз на расстоянии 12 см. К правому концу, на расстоянии 6 см от оси, цепляем динамометр и тянем вниз, пока рычаг снова не встанет горизонтально.

Почему так. Каждая сила, приложенная к рычагу, старается его повернуть. Способность силы поворачивать тело описывают моментом силы: это произведение силы на плечо, где плечо — расстояние от оси вращения до линии действия силы. Рычаг остаётся в равновесии, когда моменты, вращающие его в одну сторону, в сумме равны моментам, вращающим в другую. Каждый груз из школьного набора весит около $P_1 = 1$ Н.

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

Измерения. Плечо справа измеряем линейкой: $l = (0{,}060 \pm 0{,}002)$ м. Показание динамометра снимаем именно тогда, когда рычаг горизонтален: $F = (4{,}0 \pm 0{,}1)$ Н.

Расчёт. Считаем момент справа: $M = F \cdot l = 4{,}0 \cdot 0{,}06 = 0{,}24$ Н·м. Проверим себя слева: $M_{лев} = 2 \cdot 1 \cdot 0{,}06 + 1 \cdot 0{,}12 = 0{,}12 + 0{,}12 = 0{,}24$ Н·м — совпало. Момент силы измеряется в ньютон-метрах (Н·м). Заметьте: плечо справа короче, чем у части грузов, поэтому и сила на динамометре нужна большая.

Ответ

Расчётная формула: $M = F \cdot l$, где $F$ — сила динамометра, приложенная к правому концу рычага, $l = 0{,}06$ м — её плечо. Из условия равновесия рычага моменты слева и справа равны. Слева два груза (вес каждого $P_1 = 1$ Н) на плече $0{,}06$ м и один груз на плече $0{,}12$ м: $M_{лев} = 2P_1 \cdot 0{,}06 + P_1 \cdot 0{,}12 = 0{,}12 + 0{,}12 = 0{,}24$ Н·м. Значит $M = 0{,}24$ Н·м, а динамометр при плече $l = (0{,}060 \pm 0{,}002)$ м покажет $F = (4{,}0 \pm 0{,}1)$ Н. Ответ: $M \approx 0{,}24$ Н·м.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)