Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040201

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040201

Используя штатив с держателем, пружину № 2 со шкалой (или линейку), динамометр № 1 и груз №4, соберите экспериментальную установку для измерения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней груз. Для измерения веса груза воспользуйтесь динамометром. Абсолютная погрешность измерения удлинения пружины составляет ±2 мм, а абсолютная погрешность измерения веса груза равна ±0,02 H. В бланке ответов № 2: 1) сделайте рисунок экспериментальной установки, указав способы измерения удлинения пружины и силы упругости; 2) запишите формулу для расчёта жёсткости пружины; 3) укажите результаты измерения веса грузов и удлинения пружины с учётом абсолютных погрешностей измерений; 4) запишите значение жёсткости пружины.

Источник: ФИПИ

Решение

Собираем установку. Пружину № 2 подвешиваем к держателю штатива. Пока она не нагружена, отмечаем положение её нижнего конца — по шкале самой пружины или по приложенной рядом линейке. Подвешиваем груз № 4, ждём, пока пружина перестанет качаться, и отмечаем новое положение нижнего конца. Отдельно измеряем вес этого груза динамометром № 1.

Что такое жёсткость. Жёсткость $k$ отвечает на вопрос: какую силу надо приложить, чтобы растянуть пружину на один метр. Мягкая пружина от того же груза вытягивается сильно — жёсткость маленькая; тугая почти не поддаётся — жёсткость большая.

Почему сила упругости равна весу груза. Груз висит неподвижно, значит действующие на него силы уравновешены: пружина тянет вверх ровно с той же силой, с какой Земля тянет вниз. Поэтому силу упругости отдельно измерять не надо — достаточно взвесить груз динамометром.

Формула. Закон Гука: $F_{упр} = kx$, отсюда $k = \dfrac{F_{упр}}{x} = \dfrac{P}{x}$.

Измерения. Вес груза: $P = (P \pm 0{,}02)$ Н. Удлинение: $x = (x \pm 2)$ мм — именно разность двух отметок, а не полная длина пружины.

Расчёт. Переводим удлинение в метры и делим. Пусть $P = 1{,}00$ Н, а пружина удлинилась на $40$ мм $= 0{,}040$ м: $k = \dfrac{1{,}00}{0{,}040} = 25$ Н/м. Жёсткость измеряется в ньютонах на метр (Н/м).

Ответ

Расчётная формула — закон Гука: $k = \dfrac{F_{упр}}{x} = \dfrac{P}{x}$, где $P$ — вес груза № 4, измеренный динамометром № 1, $x$ — удлинение пружины № 2 (длина с грузом минус длина без груза). Прямые измерения: $P = (P \pm 0{,}02)$ Н, $x = (x \pm 2)$ мм. Например, при $P = (1{,}00 \pm 0{,}02)$ Н и $x = (40 \pm 2)$ мм $= (0{,}040 \pm 0{,}002)$ м жёсткость $k = 1{,}00/0{,}040 = 25$ Н/м.
Другие задания по теме «Механика» (8)