§ 28. Динамометри. Вимірювання сил

Будова динамометра (з грец. динаміс -сила; метрео - вимірюю) ґрунтується на тому, що сила пружності пружини за законом Гука прямо пропорційна видовженню (деформації) пружини.

Найпростіший пружинний динамометр виготовляють так. На дощечці закріплюють пружину, яка закінчується внизу стержнем з гачком (мал. 127). До верхньої частини стержня прикріплюють покажчик. На дощечці помічають положення покажчика -це нульовий штрих. Потім до гачка підвішують важок масою 102 г. На цей тягарець діє сила тяжіння 1 Н. Під дією сили 1 Н пружина розтягнеться, покажчик опуститься вниз. Помічають його нове положення і навпроти позначки ставлять цифру 1. Потім підвішують важки масою 204 г і ставлять позначку 2, яка означає, що при такому положенні сила пружності пружини дорівнює 2 Н і т. д.

Можна нанести поділки, які відповідають десятим частинам ньютона: 0,2; 0,4; 0,6 і т. д. Для цього проміжки між позначками 0 і 1, 1 і 2, 2 і 3 і т. д. треба поділити на 5 однакових частин.

Проградуювати прилад — це означає нанести на нього шкалу з поділками.

Проградуйована таким чином пружина і буде найпростішим динамометром.

Для вимірювання сили використовують такі динамометри (мал. 128): а - шкільний демонстраційний динамометр; б - шкільний лабораторний динамометр (динамометр Бакушинського); в - цифровий динамометр для встановлення підйомних кранів на будівельних майданчиках; г - цифровий динамометр для вимірювання сил у різних напрямах.

ЗАПИТАННЯ ДО ВИВЧЕНОГО

1.    Які прилади призначені для вимірювання сили?

2.    Як можна виготовити найпростіший динамометр?

3.    Наведіть приклади, де використовуються динамометри.

Лабораторна робота № 8

Дослідження пружних властивостей тіл

Мета роботи: дослідити пружні властивості тіл (пружин).

Прилади і матеріали: штатив з лапкою і муфтою, лінійка із сантиметровими або міліметровими поділками, набір пружин, гирі або набір важків, секундомір.

Хід роботи

1.    Підвісьте до штатива з лінійкою пружину, як це показано на малюнку 129, а.

2.    Підвісьте до пружини гирю (мал. 129, б) або важок.

3.    Визначте видовження пружини Ах.

4.    Знаючи масу гирі або важка, за формулою F_тsж = gm визначте силу тяжіння, яка діє на гирю або важок.

5.    Гиря (важок), підвішена до пружини, знаходиться в стані спокою, тому F_risa, = F^, або gm = kAx.

6.    Із співвідношення gm = kAx визначте жорсткість

пружини

7.    Виконайте дослід з іншою пружиною. Зробіть ви сновки.

8.    Заставте коливатися гирю або важок на пружині Зафіксуйте секундоміром час, протягом якого гиря (ва

жок) зробила 10 коливань. За формулою

визначте

період її коливань.

9.    Виконайте аналогічний дослід з іншою пружиною, але тією самою гирею (важком). Визначте період її коливань.

10.    Порівняйте результати дослідів. Зробіть висновки.

Для допитливих

1.    Виготовте динамометр та проградуюйте його шкалу.

2.    За допомогою динамометра виміряйте силу, яку потрібно прикласти, щоб пенал рухався рівномірно по поверхні стола. Порівняйте цю силу з вагою пенала.

3.    Дослідіть, чи залежить від стану (шорсткості) поверхні, по якій ковзає тіло, сила, яку потрібно прикласти до нього, щоб тіло рухалося рівномірно.

ЗАДАЧІ ТА ВПРАВИ

Розв’язуємо разом

1.    Назвіть сили, які діють на тягар, підвішений до кінця спіральної пружини.

Відповідь: на тягар діє сила тяжіння, яка напрямлена вертикально вниз, і сила пружності, яка напрямлена протилежно видовженню пружини.

2.    Яка вага космічного апарата масою 383 кг на поверхні планети Марс? На Марсі g = 3,9 Н/кг.

Відповідь: P = 1493,7 Н.

3. Космонавту в умовах невагомості треба займатися фізичними вправами. Чи знадобляться йому гантелі?

Відповідь: звичайні вправи на підйом ваги у стані невагомості втрачають сенс, але вправи на подолання інертності гантелей (махи, повороти, розведення рук тощо) виконувати цілком можливо. Проте гантелі, як зайвий вантаж, доцільно замінити на еспандер.

Рівень А

116.    Назвіть силу, яка завжди діє на тіло однаково в будь-якому місці на Землі.

117.    Чому випущений з рук предмет падає на Землю? Яка сила діє на нього?

118.    Яка сила спричиняє падіння на Землю граду (мал. 130), що утворився у хмарах? Які фізичні тіла взаємодіють у цьому випадку?

119.    Чому великі вантажі, які піднімають за допомогою мостових кранів, переміщують повільно?

120.    Які сили діють на листя під час листопаду?

121.    Які сили діють на вантаж, коли той спускається на парашуті? Які тіла тут взаємодіють?

122.    Маса одного молотка дорівнює 1,4 кг, а іншого - 875 г. На який молоток діє більша сила тяжіння і в скільки разів?

123.    Поясніть результати досліду (мал. 131).

124.    Чи мають вагу рідини й гази?

125.    Яка вага людини на поверхні Землі, якщо її маса дорівнює 76 кг?

126.    Яка вага води масою 10 кг?

127.    Тіло важить 750 Н. Яка маса тіла?

128.    У супермаркеті купили 1 кг хліба, 400 г масла, 1 кг 600 г ковбаси і 2 кг цукру. Визначте загальну вагу покупки.

129.    Який стіл має більшу масу: вагою 95 Н чи 0,095 кН?

130.    Чи завжди вага тіла дорівнює силі тяжіння, яка діє на це тіло?

131.    Чи завжди тіло має вагу?

132.    Які прилади зображено на малюнку 132? Для чого їх використовують?

Рівень Б

133.    Коли підняли важку колоду з м’якого ґрунту, то на ньому залишилася вм’ятина. Під дією якої сили у ґрунті утворилася вм’ятина?

134.    Виконайте такий дослід: покладіть жменю землі в скляну банку, налийте води і ретельно перемішайте суміш паличкою. Спостерігайте за рухом частинок землі у воді. Потім дайте суміші відстоятися. Які частинки землі випадуть в осад першими? Чи довго вода буде каламутною? Як пояснити це явище?

135.    Розгляньте пружини амортизаторів мотоцикла, автомобіля, трактора. Чим вони різняться?

136.    Ніл Армстронг - перша людина, яка ступила 20 липня 1969 р. на поверхню Місяця (мал. 133). Визначте вагу астронавта на Місяці, якщо його вага на Землі дорівнювала 745 Н. Слід врахувати, що £_М = 1,63 Н/кг.

137.    Останнім часом можна спостерігати, як сміливці виконують карколомний трюк - стрибок у прірву на канаті (мал. 134). У якому стані

перебуває людина в перші секунди стрибка? Яку властивість повинен мати канат, щоб людина не загинула?

138.    На скільки видовжиться пружина жорсткістю 200 Н/кг, якщо до неї підвісили тіло масою 5 кг?

139.    Яка вага води об’ємом 250 см³?

140.    Вага порожнього відра 15 Н. Якою буде вага цього відра, якщо в нього налити 12 л води?

141.    Перший штучний супутник Землі, запущений у 1957 р., на космодромі мав вагу 820 Н. Один з космічних апаратів «Протон-1» мав масу 12,2 т. У скільки разів маса «Протона-1» перевищувала масу першого супутника?

142.    На Землі хлопчик вільно може підняти тіло, вага якого 60 Н. Якої маси тіло він міг би підняти на Місяці, прикладаючи таке саме зусилля? Сила притягання тіл Місяцем у 6 разів менша, ніж Землею.

143.    Яка фізична величина - маса будівельних матеріалів чи їх вага -має головніше значення під час розрахунку і побудови мостів та інших споруд?

144.    Яка з фізичних величин - маса тіла чи його вага - становить найбільший інтерес: для мисливця, який купує свинцевий шріт, чи для спортсмена, який вибирає у спортивному магазині гантелі?

145.    У перші секунди піднімання у швидкісному ліфті висотного будинку людина відчуває, що її притискає до підлоги, а на початку опускання навпаки, вона відчуває деяке полегшання. Однакові чи різні в ці моменти: а) маса людини; б) сила тяжіння, яка діє на тіло людини; в) вага людини?

146.    Для занять акробатикою застосовують батут (мал. 126) - пружну сітку, укріплену в горизонтальному положенні. Спортсмен-акробат може виконати на батуті багаторазові стрибки на значно більшу висоту, ніж без батута. Чи змінюється під час стрибків сила тяжіння, що діє на тіло спортсмена? Чи змінюється вага спортсмена? Коли сила тяжіння, яка діє на спортсмена, менша від сили пружності, що виникає з боку сітки? У якому випадку сила тяжіння, яка діє на спортсмена, дорівнює силі пружності, що виникає з боку сітки?

147.    Чи притягуються Землею штучні супутники Землі і предмети, які перебувають у стані невагомості в космічному кораблі?

Це матеріал з підручника Фізика 7 клас Сиротюк