Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

#59197Задание №17ФИПИ

Закон ГукаПрактические работы

Используя штатив с держателем, пружину № 2 со шкалой (или линейку), динамометр № 1 и груз №4, 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 грузов 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 данной лабораторной работы необходимо собрать установку, состоящую из штатива, закреплённой на нём пружины и подвешенного к ней груза. Жёсткость пружины определяется на основе закона Гука.

1) Рисунок экспериментальной установки
На рисунке следует изобразить вертикальный штатив с муфтой и лапкой. К лапке подвешена пружина, к нижнему концу которой прикреплён груз № 4. Рядом с пружиной вертикально располагается линейка для измерения её деформации.
— Сила упругости $F_{упр}$ , возникающая в пружине, по модулю равна весу подвешенного груза $P$ , измеренному динамометром: $F_{упр} = P$ .
— Удлинение пружины $\Delta l$ определяется как разность между длиной пружины с грузом $l$ и длиной свободной пружины $l_0$ : $\Delta l = l - l_0$ .

2) Формула для расчёта жёсткости пружины
Согласно закону Гука, модуль силы упругости прямо пропорционален удлинению пружины:
$F_{упр} = k \cdot \Delta l$
Отсюда рабочая формула для расчёта жёсткости $k$ :
$k = \frac{F_{упр}}{\Delta l}$ , где $F_{упр} = P$ .

3) Результаты измерений с учётом погрешностей
Примечание: Значения ниже являются типовыми для оборудования ОГЭ (груз № 4 обычно имеет массу 100 г, что соответствует весу 1 Н, а пружина № 2 имеет жёсткость около 20–40 Н/м). При выполнении реальной работы запишите свои данные.
Вес груза (измеренный динамометром):
$P = (1,00 \pm 0,02) \text{ Н}$
Удлинение пружины (измеренное линейкой):
$\Delta l = (25 \pm 2) \text{ мм} = (0,025 \pm 0,002) \text{ м}$

4) Расчёт значения жёсткости пружины
Подставим средние значения в формулу:
$k = \frac{1,00 \text{ Н}}{0,025 \text{ м}} = 40 \text{ Н/м}$

Ответ: 1) Рисунок выполнен; 2) $k = \frac{P}{\Delta l}$ ; 3) $P = (1,00 \pm 0,02) \text{ Н}$ , $\Delta l = (25 \pm 2) \text{ мм}$ ; 4) $k = 40 \text{ Н/м}$ .

Источник: ФИПИ