Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59160Задание №17ФИПИ

Практические работы

Используя штатив с держателем, неподвижный блок, нить, три 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 трёх соединённых вместе грузов на высоту 25 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.

1) Рисунок экспериментальной установки.
Для проведения опыта необходимо закрепить неподвижный блок в лапке штатива. Через блок следует перекинуть нить, к одному концу которой подвешиваются три груза, а к другому — крючок динамометра. При равномерном перемещении динамометра вниз грузы будут подниматься вверх. (На схематичном рисунке изображается штатив, закреплённый на нём блок, нить с грузами с одной стороны и динамометром с другой).

2) Формула для расчёта работы.
Работа силы упругости $A$ при равномерном подъёме тела определяется как произведение модуля силы упругости $F_{упр}$ , приложенной к нити со стороны динамометра, на путь $s$ , пройденный точкой приложения силы (который в данном случае равен высоте подъёма груза $h$ ):
$A = F_{упр} \cdot s$

3) Результаты прямых измерений.
При выполнении лабораторной работы на экзамене используются стандартные грузы массой по $100 \text{ г}$ каждый. Вес трёх грузов составляет примерно $3 \text{ Н}$ . Поскольку неподвижный блок не даёт выигрыша в силе, сила упругости, измеряемая динамометром при равномерном подъёме, будет равна весу грузов.
Примечание: значения силы могут незначительно отличаться в зависимости от набора оборудования (трения в блоке), ниже приведены типовые значения.
Путь (высота подъёма) по условию: $s = 25 \text{ см} = 0,25 \text{ м}$ .
С учётом погрешностей, указанных в условии ( $\Delta F = 0,1 \text{ Н}$ , $\Delta s = 0,2 \text{ см}$ ):
Сила упругости: $F_{упр} = (3,0 \pm 0,1) \text{ Н}$
Пройденный путь: $s = (25,0 \pm 0,2) \text{ см}$

4) Значение работы силы упругости.
Подставим измеренные средние значения в формулу (переведя путь в метры):
$s = 0,25 \text{ м}$
$A = 3,0 \text{ Н} \cdot 0,25 \text{ м} = 0,75 \text{ Дж}$

Ответ: 1) рисунок выполнен; 2) $A = F_{упр} \cdot s$ ; 3) $F_{упр} = (3,0 \pm 0,1) \text{ Н}$ , $s = (25,0 \pm 0,2) \text{ см}$ ; 4) $A = 0,75 \text{ Дж}$ .

Источник: ФИПИ