Лабораторная работа №11 ГДЗ Перышкин Иванов 7 класс (Физика)
№ 11. Выяснение условия равновесия рычага
- Уравновесьте рычаг первого рода с помощью гаек на его концах так, чтобы он расположился горизонтально.
- Подвесьте два груза на левой части рычага на некотором расстоянии от оси вращения. Опытным путём установите, на каком расстоянии $$l_2$$ справа от оси вращения надо подвесить: а) один груз; б) два груза; в) три груза, чтобы рычаг пришёл в горизонтальное равновесное положение.
- Обработка результатов измерений. Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите в таблицу 19 результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы линейки, а вычислений — без учёта погрешностей.
- Для каждого случая определите моменты сил $$M_1=F_1l_1$$ и $$M_2=F_2l_2$$, стремящихся повернуть рычаг в разные стороны.
- Проанализируйте результаты и сделайте вывод.
Дополнительное задание. Исследуйте равновесие рычага второго рода.
- Подвесьте два груза справа от оси вращения рычага на расстоянии 5 см.
- С помощью динамометра определите, какую силу и как нужно приложить на расстоянии 20 см от оси вращения правее грузов, чтобы удерживать рычаг в равновесии.
- Запишите результаты измерений и вычислений в таблицу, которую составьте самостоятельно по аналогии с таблицей 19, и сделайте соответствующий вывод для этого случая.
Рычаг находится в равновесии, если моменты сил, вращающих его в разные стороны, равны:
$$M_1=M_2,$$
где $$M=F\cdot l$$.
Для каждого опыта вычислим моменты сил. Считаем, что вес каждого груза равен $$1\ \text{Н}$$.
| № опыта | $$F_1$$, Н | $$l_1$$, см | $$F_2$$, Н | $$l_2$$, см | $$M_1=F_1l_1$$, Н·см | $$M_2=F_2l_2$$, Н·см |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 3 | 12 | 5 | 6 | 36 | 36 |
| 2 | 3 | 12 | 3 | 12 | 36 | 36 |
| 3 | 3 | 12 | 1 | 36 | 36 | 36 |
Во всех опытах выполняется равенство $$M_1=M_2$$, значит, рычаг находится в равновесии. При этом отношение сил обратно пропорционально отношению плеч:
$$\frac{F_1}{F_2}=\frac{l_2}{l_1}.$$
Для дополнительного задания: если справа от оси подвешены два груза, то их сила равна $$F_1=2\ \text{Н}$$, а плечо этой силы $$l_1=5\ \text{см}$$. Чтобы удержать рычаг в равновесии на расстоянии $$20\ \text{см}$$ правее грузов, нужно приложить силу вверх с плечом $$l_2=15\ \text{см}$$.
По правилу моментов:
$$F_1l_1=F_2l_2$$
$$2\cdot 5=F_2\cdot 15$$
$$F_2=\frac{10}{15}=\frac{2}{3}\ \text{Н}\approx 0{,}67\ \text{Н}.$$
Значит, динамометр должен показать силу примерно $$0{,}67\ \text{Н}$$, направленную вверх.
Ответ
В опытах рычаг находится в равновесии, если $$M_1=M_2$$, то есть $$F_1l_1=F_2l_2$$. Для дополнительного задания нужна сила примерно $$0{,}67\ \text{Н}$$, направленная вверх.
