Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59176Задание №17ФИПИ

Закон ГукаПрактические работы

Используя штатив с муфтой и лапкой, пружину 1, динамометр № 2 с пределом измерения, равным 5 Н, линейку, и набор из трёх грузов по 100 г каждый, соберите экспериментальную установку для исследования зависимости силы упругости, возникающей в пружине, от степени растяжения пружины. Определите растяжение пружины, подвешивая к ней поочерёдно один, два и три груза. Для определения веса груза(-ов) воспользуйтесь динамометром. Абсолютную погрешность измерения растяжения пружины с помощью линейки принять равной ±2 мм, абсолютную погрешность измерения силы с помощью динамометра принять равной ±0,1 Н.

В бланке ответов:

1)сделайте рисунок экспериментальной установки, указав способы измерения удлинения пружины и силы упругости;

2)с учётом абсолютной погрешности укажите результаты измерения веса груза(-ов) и удлинения пружины для трёх случаев в виде таблицы (или графика);

3)сформулируйте вывод о зависимости силы упругости, возникающей
в пружине, от степени растяжения пружины.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

Данная задача является экспериментальной. При её выполнении на реальном экзамене используются конкретные приборы, поэтому числовые значения в таблице могут незначительно отличаться в зависимости от жесткости выданной пружины. Ниже представлен образец оформления работы.

1) Рисунок экспериментальной установки
На штативе с помощью муфты и лапки вертикально закрепляется пружина. Рядом с пружиной вертикально устанавливается линейка для фиксации изменения её длины. К нижнему концу пружины подвешиваются грузы.
Схематичное описание: На рисунке следует изобразить штатив, закрепленную на нём пружину и подвешенные к ней грузы. Линейка располагается параллельно пружине так, чтобы нулевое деление совпадало с нижним краем недеформированной пружины (или фиксируется начальная длина $l_0$ , а затем длина $l$ с грузами). Вес грузов предварительно измеряется динамометром в подвешенном состоянии.

2) Результаты измерений
Для выполнения этого пункта сначала измерим вес одного, двух и трёх грузов с помощью динамометра. Затем измерим удлинение пружины $\Delta l = l - l_0$ для каждого случая.
Примем для примера, что при подвешивании грузов массой по $100 \text{ г}$ ( $0,1 \text{ кг}$ ) вес одного груза составляет примерно $1 \text{ Н}$ .
Учтём погрешности: для силы $\Delta F = \pm 0,1 \text{ Н}$ , для удлинения $\Delta (\Delta l) = \pm 2 \text{ мм}$ .

Результаты измерений представим в таблице:

Количество грузов	Вес грузов (Сила упругости) $F_{упр} \pm 0,1$ , Н	Удлинение пружины $\Delta l \pm 2$ , мм
1 груз	$1,0 \pm 0,1$	$25 \pm 2$
2 груза	$2,0 \pm 0,1$	$50 \pm 2$
3 груза	$3,0 \pm 0,1$	$75 \pm 2$

Примечание: значения удлинения в таблице приведены как пример, в реальности они зависят от жесткости вашей пружины. Главное — проследить кратность увеличения.

3) Вывод
На основании полученных данных (при увеличении веса грузов в 2 и 3 раза удлинение пружины также увеличивается в 2 и 3 раза соответственно) можно сформулировать закон:
Сила упругости, возникающая в пружине при её деформации, прямо пропорциональна растяжению (удлинению) пружины: $F_{упр} \sim \Delta l$ .

Ответ: 1) Рисунок установки; 2) Таблица с результатами измерений силы и удлинения с учётом погрешностей; 3) Вывод: сила упругости прямо пропорциональна удлинению пружины.

Источник: ФИПИ