Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040279

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040279

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, а один груз на расстоянии 5 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 балансируем его «вхолостую» — без грузов он должен стоять горизонтально. Слева от оси вешаем два груза на расстоянии 10 см от оси и ещё один груз на расстоянии 5 см. Справа, на расстоянии 10 см от оси, цепляем динамометр и тянем вниз, пока рычаг не вернётся в горизонтальное положение.

Почему так. Сила, приложенная к рычагу, стремится его повернуть, и это стремление измеряют моментом силы: моментом называют произведение силы на плечо, а плечо — это расстояние от оси вращения до линии действия силы. Рычаг покоится, когда «повороты» в одну и в другую сторону взаимно гасятся, то есть суммы моментов слева и справа равны. Каждый груз школьного набора весит около $P_1 = 1$ Н.

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

Измерения. Плечо справа измеряем линейкой: $l = (0{,}100 \pm 0{,}002)$ м. Силу снимаем с динамометра при горизонтальном положении рычага: $F = (2{,}5 \pm 0{,}1)$ Н.

Расчёт. Момент справа: $M = F \cdot l = 2{,}5 \cdot 0{,}10 = 0{,}25$ Н·м. Проверка слева: $M_{лев} = 2 \cdot 1 \cdot 0{,}10 + 1 \cdot 0{,}05 = 0{,}20 + 0{,}05 = 0{,}25$ 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, $l = 0{,}10$ м — её плечо. По условию равновесия рычага моменты справа и слева равны. Слева два груза (вес каждого $P_1 = 1$ Н) на плече $0{,}10$ м и один груз на плече $0{,}05$ м: $M_{лев} = 2P_1 \cdot 0{,}10 + P_1 \cdot 0{,}05 = 0{,}20 + 0{,}05 = 0{,}25$ Н·м. Значит $M = 0{,}25$ Н·м, а динамометр при плече $l = (0{,}100 \pm 0{,}002)$ м покажет $F = (2{,}5 \pm 0{,}1)$ Н. Ответ: $M \approx 0{,}25$ Н·м.

Видеоразбор

Другие задания по теме «Механика» (8)