Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59125Задание №17ФИПИ

Простые механизмы. Рычаг. КПДПрактические работы

Используя штатив с муфтой, подвижный блок, нить, один груз и динамометр, соберите экспериментальную установку для измерения работы силы упругости при подъёме груза с использованием подвижного блока. Определите работу, совершаемую силой упругости при подъёме груза на высоту 12 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.

Для выполнения данного экспериментального задания необходимо собрать установку с подвижным блоком. Подвижный блок дает выигрыш в силе в 2 раза, но при этом мы проигрываем в расстоянии в 2 раза. Это означает, что для поднятия груза на высоту $h$ , свободный конец нити, к которому приложен динамометр, должен пройти путь $L = 2h$ .

1) Рисунок экспериментальной установки
На рисунке следует изобразить штатив, к лапке которого прикреплен один конец нити. Нить огибает подвижный блок, к крючку которого подвешен груз. Второй конец нити направлен вертикально вверх и прикреплен к крючку динамометра. При измерении силы динамометр следует тянуть равномерно вверх.

2) Формула для расчёта работы силы упругости
Работа силы упругости $A$ при равномерном подъеме определяется как произведение модуля силы упругости $F_{упр}$ , приложенной к концу нити, на путь $L$ , пройденный точкой приложения этой силы:
$A = F_{упр} \cdot L$ ,
где $L = 2h$ — путь, пройденный концом нити (так как используется подвижный блок), а $h$ — высота подъема груза.

3) Результаты прямых измерений
Примечание: Значение силы $F_{упр}$ зависит от веса стандартного груза (обычно 1 Н). С учетом веса блока и трения, для одного груза массой 100 г динамометр покажет примерно 0,6 Н. Приведем примерные значения, которые обычно получаются в ходе лабораторной работы:
Путь (с учетом того, что $h = 12$ см, тогда $L = 24$ см):
$L = (24,0 \pm 0,2)$ см $= (0,240 \pm 0,002)$ м
Сила упругости (примерное значение для одного груза):
$F_{упр} = (0,6 \pm 0,1)$ Н

4) Значение работы силы упругости
Подставим измеренные значения в формулу:
$A = 0,6 \text{ Н} \cdot 0,24 \text{ м} = 0,144 \text{ Дж}$
Округлим результат в соответствии с точностью измерений:
$A \approx 0,14$ Дж

Ответ: 1) Рисунок установки; 2) $A = F_{упр} \cdot L$ ; 3) $L = (24,0 \pm 0,2)$ см, $F_{упр} = (0,6 \pm 0,1)$ Н; 4) $A = 0,144$ Дж.

Источник: ФИПИ