Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59179Задание №17ФИПИ

Закон ГукаПрактические работы

Используя штатив с держателем, пружину № 2 со шкалой (или линейку), динамометр № 1 и груз № 6, соберите экспериментальную установку для измерения жёсткости пружины. Определите жёсткость пружины, подвесив
к ней груз. Для измерения веса груза воспользуйтесь динамометром. Абсолютная погрешность измерения удлинения пружины составляет ±2 мм, а абсолютная погрешность измерения веса груза равна ±0,02 H.

В бланке ответов № 2:

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

2) запишите формулу для расчёта жёсткости пружины;

3) укажите результаты измерения веса груза и удлинения пружины с учётом абсолютных погрешностей измерений;

4) запишите значение жёсткости пружины.

Ваше решениедо 3 баллов

Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям

Решение.

Для выполнения данного лабораторного задания необходимо провести прямые измерения веса груза и удлинения пружины, а затем на их основе рассчитать коэффициент жёсткости.

1) Схема экспериментальной установки
На штативе вертикально закрепляется пружина. Рядом с пружиной устанавливается линейка (или используется шкала на самой пружине) так, чтобы нулевое деление совпадало с нижним краем недеформированной пружины. К пружине подвешивается груз № 6. Под действием веса груза пружина растягивается. Удлинение $\Delta l$ определяется как разность между конечной и начальной длиной пружины по шкале линейки. Вес груза $P$ предварительно измеряется с помощью динамометра в состоянии покоя.

2) Формула для расчёта
При равновесии груза на пружине модуль силы упругости $F_{упр}$ равен модулю веса груза $P$ :
$F_{упр} = P$
Согласно закону Гука:
$F_{упр} = k \cdot \Delta l$ , где $k$ — жёсткость пружины, $\Delta l$ — её удлинение.
Отсюда рабочая формула для расчёта жёсткости:
$k = \frac{P}{\Delta l}$

3) Результаты измерений
Примечание: значения ниже являются примерными (типовыми для оборудования ОГЭ), при выполнении реальной работы необходимо записать данные, полученные в ходе опыта.
Переведём погрешность удлинения в систему СИ: $2 \text{ мм} = 0,002 \text{ м}$ .
Измеренный вес груза № 6: $P = (1,00 \pm 0,02) \text{ Н}$
Измеренное удлинение пружины № 2: $\Delta l = (20 \pm 2) \text{ мм} = (0,020 \pm 0,002) \text{ м}$

4) Расчёт значения жёсткости пружины
Подставим средние значения в формулу:
$k = \frac{1,00 \text{ Н}}{0,020 \text{ м}} = 50 \text{ Н/м}$

Ответ: 1) Рисунок установки; 2) $k = \frac{P}{\Delta l}$ ; 3) $P = (1,00 \pm 0,02) \text{ Н}$ , $\Delta l = (20 \pm 2) \text{ мм}$ ; 4) $k = 50 \text{ Н/м}$ .

Источник: ФИПИ