Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

Для проведения данного исследования нам необходимо измерять две величины: силу упругости и величину деформации (удлинение) пружины. Согласно закону Гука, в состоянии равновесия сила упругости, возникающая в пружине, по модулю равна весу подвешенного к ней груза (или силе тяжести, действующей на груз). Следовательно, зная массу грузов, мы можем определить силу. Для измерения деформации (изменения длины) нам понадобится измерительный прибор.

1) Дополнительное оборудование:
Для проведения исследования, помимо пружины и набора грузов, понадобятся:
— штатив с муфтой и лапкой (для закрепления пружины в вертикальном положении);
— линейка с миллиметровыми делениями (для измерения длины пружины и её деформации).

2) Алгоритм действий:

1. Закрепите пружину в лапке штатива так, чтобы она висела вертикально.
2. С помощью линейки измерьте начальную длину пружины $l_{0}$ (в нерастянутом состоянии).
3. Подвесьте к пружине один груз известной массы $m$. В состоянии покоя сила упругости $F_{упр}$ равна силе тяжести $F_{тяж} = m \cdot g$.
4. Измерьте новую длину пружины $l_{1}$ с грузом.
5. Вычислите деформацию (удлинение) пружины по формуле $x_{1} = l_{1} - l_{0}$.
6. Повторите измерения, последовательно увеличивая количество грузов (2, 3 и т.д.), чтобы получить разные значения силы $F_{упр}$ и соответствующие им значения деформации $x$.
7. Занесите полученные данные (значения силы и деформации) в таблицу.
8. На основании полученных данных сделайте вывод о характере зависимости силы упругости от степени деформации (например, построив график зависимости $F_{упр}(x)$).

Ответ: 1) Штатив с муфтой и лапкой, линейка. 2) Алгоритм включает измерение начальной длины пружины, измерение длины пружины с разным количеством грузов, расчет удлинения $x = l - l_{0}$ и сравнение его с приложенной силой $F = mg$.

Источник: ФИПИ