Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59086Задание №17ФИПИ

Практические работы

Используя штатив с держателем, неподвижный блок, нить, два груза
и динамометр, соберите экспериментальную установку для измерения работы силы упругости при равномерном подъёме грузов с использованием неподвижного блока. Определите работу, совершаемую силой упругости при подъёме двух соединённых вместе грузов на высоту 15 см.Абсолютная погрешность измерения силы равна ±0,1 Н, абсолютная погрешность измерения расстояния равна ±0,2 см.

В бланке ответов $№$ 2:

1) сделайте рисунок экспериментальной установки;

2) запишите формулу для расчёта работы силы упругости;

3) укажите результаты прямых измерений силы упругости и пути с учётом абсолютных погрешностей измерений;

4) запишите значение работы силы упругости.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

Данная задача является экспериментальной. При выполнении лабораторной работы на экзамене необходимо использовать предоставленное оборудование. Ниже приведено описание хода выполнения и оформления результатов.

1) Рисунок экспериментальной установки
На штативе закреплён неподвижный блок. Через блок перекинута нить, к одному концу которой подвешены два груза, а к другому — динамометр. При измерении силы динамометр следует тянуть вертикально вниз равномерно, чтобы грузы поднимались вверх. (Схематично: блок на перекладине штатива, нить огибает блок, слева висят два груза, справа — динамометр, который тянут вниз).

2) Формула для расчёта работы
Работа силы упругости при равномерном подъёме груза вычисляется по формуле:
$A = F_{упр} \cdot s$ ,
где $F_{упр}$ — модуль силы упругости пружины динамометра (равный весу грузов при равномерном движении), $s$ — путь, пройденный точкой приложения силы (равный высоте подъёма грузов $h$ ).

3) Результаты прямых измерений
При подъёме двух стандартных грузов (массой по $100$ г каждый) общая масса составляет $m = 0,2$ кг. Сила тяжести, действующая на них, составляет примерно $2$ Н. Поскольку блок неподвижный, он не дает выигрыша в силе, и динамометр покажет значение, близкое к $2$ Н.
Высота подъёма по условию $h = 15$ см $= 0,15$ м.
С учётом погрешностей, указанных в условии ( $\Delta F = 0,1$ Н, $\Delta s = 0,2$ см):
$F_{упр} = (2,0 \pm 0,1)$ Н
$s = (15,0 \pm 0,2)$ см

Примечание: Точное значение силы $F_{упр}$ ученик записывает на основании показаний своего прибора.

4) Значение работы силы упругости
Подставим измеренные значения в формулу (переведя путь в метры):
$s = 15$ см $= 0,15$ м.
$A = 2,0 \text{ Н} \cdot 0,15 \text{ м} = 0,30$ Дж.

Ответ: 1) рисунок установки; 2) $A = F_{упр} \cdot s$ ; 3) $F_{упр} = (2,0 \pm 0,1)$ Н, $s = (15,0 \pm 0,2)$ см; 4) $A = 0,3$ Дж.

Источник: ФИПИ