Global EE

Механика — Задание 17 ОГЭ по физике №00040299

Задание №17. Лабораторная Работа

Механика

№2. Задание 17

ID: 00040299

Используя штатив с держателем, пружину № 1 со шкалой (или линейку), динамометр № 2 и грузы № 1 и № 2, соберите экспериментальную установку для измерения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив к ней грузы. Для измерения веса грузов воспользуйтесь динамометром. Абсолютная погрешность измерения удлинения пружины составляет ±2 мм, а абсолютная погрешность измерения веса грузов равна ±0,1 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 № 1 подвешиваем к держателю штатива. Пока она пустая, отмечаем положение нижнего конца — по шкале пружины или по приложенной линейке. Затем подвешиваем сразу оба груза (№ 1 и № 2), даём пружине успокоиться и отмечаем новое положение нижнего конца. Отдельно взвешиваем эти же два груза динамометром № 2.

Что показывает жёсткость. Жёсткость $k$ — это «цена» растяжения: какую силу нужно приложить, чтобы вытянуть пружину на один метр. У тугой пружины жёсткость большая — она почти не поддаётся; у мягкой маленькая — от того же груза она растянется заметно сильнее.

Почему сила упругости равна весу грузов. Грузы висят неподвижно, значит силы на них уравновешены: пружина тянет вверх с той же силой, с какой Земля тянет вниз. Поэтому силу упругости отдельно измерять не нужно — достаточно узнать общий вес грузов динамометром.

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

Измерения. Вес двух грузов: $P = (P \pm 0{,}1)$ Н. Удлинение пружины: $x = (x \pm 2)$ мм — это разность двух отметок, а не полная длина пружины.

Расчёт. Переводим удлинение в метры и делим. Пусть $P = 2{,}0$ Н, а пружина удлинилась на $100$ мм $= 0{,}100$ м: $k = \dfrac{2{,}0}{0{,}100} = 20$ Н/м. Жёсткость измеряют в ньютонах на метр (Н/м).

Ответ

Расчётная формула — закон Гука: $k = \dfrac{F_{упр}}{x} = \dfrac{P}{x}$, где $P$ — общий вес грузов № 1 и № 2, измеренный динамометром № 2, а $x$ — удлинение пружины № 1 под этими грузами. Прямые измерения: $P = (P \pm 0{,}1)$ Н, $x = (x \pm 2)$ мм. Например, при $P = (2{,}0 \pm 0{,}1)$ Н и $x = (100 \pm 2)$ мм $= (0{,}100 \pm 0{,}002)$ м жёсткость $k = 2{,}0/0{,}100 = 20$ Н/м.
Другие задания по теме «Механика» (8)