Задание №17 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ

Решение.

1) Рисунок экспериментальной установки.
Для выполнения задания необходимо собрать установку с подвижным блоком. Один конец нити закрепляется в лапке штатива, нить пропускается под подвижным блоком, на крючок которого подвешиваются три груза. Второй конец нити тянется вертикально вверх с помощью динамометра. При подъёме грузов на высоту $h$ свободный конец нити (и динамометр) проходит путь $s = 2h$.

2) Формула для расчёта работы силы упругости.
Работа силы упругости (в данном случае это сила, с которой мы тянем за нить через динамометр) вычисляется по формуле:
$A = F \cdot s$,
где $F$ — модуль силы упругости (показания динамометра при равномерном подъёме), $s$ — путь, пройденный точкой приложения силы (расстояние, на которое переместился динамометр).

3) Результаты прямых измерений.
При выполнении лабораторной работы на реальном оборудовании получаются следующие значения (приведены типовые значения для трёх стандартных грузов по 100 г каждый):
Высота подъёма грузов по условию $h = 8 \text{ см} = 0,08 \text{ м}$.
Так как используется подвижный блок, путь, пройденный динамометром, в два раза больше высоты подъёма груза:
$s = 2 \cdot 8 \text{ см} = 16 \text{ см} = 0,16 \text{ м}$.
С учётом погрешности: $s = (16,0 \pm 0,2) \text{ см}$.

Вес трёх грузов составляет примерно $P \approx 3 \text{ Н}$. Подвижный блок даёт выигрыш в силе в 2 раза, но часть силы тратится на преодоление веса самого блока и силы трения. Типовое показание динамометра при равномерном подъёме трёх грузов:
$F = (1,6 \pm 0,1) \text{ Н}$ (значение может незначительно варьироваться в зависимости от веса блока).

4) Значение работы силы упругости.
Подставим измеренные значения в формулу (используя значения в СИ):
$A = 1,6 \text{ Н} \cdot 0,16 \text{ м} = 0,256 \text{ Дж}$.
Округляя до сотых (согласно точности измерений):
$A \approx 0,26 \text{ Дж}$.

Ответ: 1) Рисунок установки с подвижным блоком; 2) $A = F \cdot s$; 3) $F = (1,6 \pm 0,1) \text{ Н}$, $s = (16,0 \pm 0,2) \text{ см}$; 4) $A = 0,26 \text{ Дж}$.

Источник: ФИПИ