Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59137Задание №17ФИПИ

Простые механизмы. Рычаг. КПДПрактические работы

Используя рычаг, три груза, штатив и динамометр, соберите установку для исследования равновесия рычага. Три груза подвесьте слева от оси вращения рычага следующим образом: два груза на расстоянии 12 см и один груз на расстоянии 6 см от оси. Определите момент силы, которую необходимо приложить к правому концу рычага на расстоянии 12 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.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

Данная задача является экспериментальным заданием. При выполнении такой работы на реальном оборудовании ученик получает конкретные числовые значения. Ниже представлен алгоритм оформления решения в соответствии с требованиями ОГЭ.

1) Схема экспериментальной установки:
На горизонтальном рычаге, закреплённом на штативе, слева от оси вращения (точки $O$ ) подвешены грузы:
- на расстоянии $L_1 = 6 \text{ см}$ подвешен один груз;
- на расстоянии $L_2 = 12 \text{ см}$ подвешены два груза.
Справа от оси вращения на расстоянии $L_3 = 12 \text{ см}$ приложена вертикальная сила $F$ , направленная вниз (её измеряют динамометром для поддержания равновесия).

2) Формула для расчёта момента силы:
Момент силы $M$ относительно оси вращения равен произведению модуля силы $F$ на её плечо $L$ :
$M = F \cdot L$

3) Результаты измерений:
Для того чтобы рычаг находился в равновесии, сумма моментов сил, вращающих его против часовой стрелки, должна быть равна сумме моментов сил, вращающих его по часовой стрелке.
Вес одного груза стандартного набора составляет примерно $1 \text{ Н}$ .
Слева действуют моменты: $M_{лев} = 1 \text{ Н} \cdot 0,06 \text{ м} + 2 \text{ Н} \cdot 0,12 \text{ м} = 0,06 \text{ Н}\cdot\text{м} + 0,24 \text{ Н}\cdot\text{м} = 0,30 \text{ Н}\cdot\text{м}$ .
Чтобы уравновесить рычаг силой справа на плече $12 \text{ см}$ , динамометр должен показать силу $F = M_{лев} / 0,12 \text{ м} = 2,5 \text{ Н}$ .
Запишем результаты измерений с учётом погрешностей (переведя плечо в метры):
$F = (2,5 \pm 0,1) \text{ Н}$
$L = (120 \pm 2) \text{ мм} = (0,120 \pm 0,002) \text{ м}$

4) Значение момента силы:
Подставим измеренные значения в формулу:
$M = 2,5 \text{ Н} \cdot 0,12 \text{ м} = 0,3 \text{ Н}\cdot\text{м}$

Ответ: $M = 0,3 \text{ Н}\cdot\text{м}$

Источник: ФИПИ