Найти жесткость пружины (резинового жгута) из измерений ее удлинения при различных значениях силы тяжести Fт = mg, уравновешивающей силу упругости Fупр, на основе закона Гука: К = Fупр/Δ|Х|
Оборудование
Набор грузов, масса каждого равна 100гр=0,1кг; линейка с миллиметровыми делениями; мягкая резинка для карандаша, кусок пластилина; резиновый жгут (бельевая резинка).
Краткие теоретические сведения
Если на пружину (или резиновый шнур) подвесить тело и дождаться, когда система придет в равновесие, то сила тяжести будет уравновешиваться силой упругости: Fтяж=Fупр. (1)
Fтяж=mg, где g=9,8м/с2=10м/с2 –ускорение свободного падения.
Fупр. =k Δ|Х|, где k – коэффициент жесткости (или коэффициент деформации). Δ|Х|-модуль деформации. Его еще иногда обозначают Δ|L| =Δ|Х|= |Х2-Х1|, где Х1-первоначальная длина тела, а Х2- конечная длина тела после деформации.
Подставим в равенство (1) формулы сил тяжести и упругости:
mg= k Δ|Х|, выразим коэффициент жесткости k=mg/Δ|Х|.[Н/м]
Фронтальный эксперимент:
1. Возьмите мягкую резинку для карандаша, нажмите на нее пальцем. Какие слои резинки перемещаются? Перемещается ли нижний слой, лежащий на столе? Что произойдет, если палец убрать? Какой вид деформации вы наблюдаете?
2. Измените форму кусочка пластилина. Действуют ли силы, возвращающие тело в положение равновесия, когда форма тела перестает изменяться?
3. Сделайте вывод почему возникает деформация, какие виды деформации бывают.
4. Возьмите резиновый шнур (бельевую резинку), нанесите на некотором расстоянии друг от друга метки, исследуйте зависимость сил упругости от величины деформации, подвешивая к шнуру гирьки или тела различной массы. Для этого возьмите три четыре тела с массами 100гр и подвешивайте на жгут вначале одно тело, затем два, затем три и четыре. Каждый раз измеряйте конечную длину жгута после деформации Х2[м]. Начальная длина жгута Х1[м] – это длина жгута без грузов. Зная Х1[м] и Х2[м], найдете Δ|L| =Δ|Х|= |Х2-Х1|.
5. Все расчеты предоставить в тетрадь
6. Постройте график зависимости силы упругости от модуля деформации: Fупр(ΔХ).
7. Рассчитайте коэффициенты жесткости резинового жгута k1, k2, k3, k4 для каждой массы (100гр, 200гр, 300гр, 400гр).
8. Найдите среднее значение для коэффициента жесткости:
kср= (k1+ k2+k3+ k4)/4.
9. По результатам измерений заполните таблицу:
Номер опыта m, кг mg, H Δ|х|, м К, Н/м
1
2
3
4
10. Сделайте рисунок (смотри ниже)
11. Запишите вывод по цели работы.
Содержание отчета.
1. Выполнение фронтального эксперимента.
2.Объяснить, почему при расчете жесткости силу упругости Fупр в формуле поменяли на силу тяжести mg?
Закон Ома I=U/R
Находим общее сопротивление параллельных участков цепи:
1/R=1/6+1/12=3/12=1/4 cледовательно R паралельных участков равно 4ом;
Находим общее сопротивление всей цепи:
Rобщ.=4ом+4ом+20ом=28 ом
Находим напряжение всей цепи из закона Ома:
Uобщ.=I*R=1*28=28 В
Находим напряжение участка 4ом (левый):
по нему протекает ток в 1А (из условия)
U=I*R=1*4=4 В
Находим напряжение участка 20ом (правый):
по нему протекает ток в 1А (из условия)
U=I*R=1*20=20 В
Находим напряжение паралелльных участков:
по нему протекает ток в 1А (из условия)
U=I*R=1*4=4 В
Находим ток через 6 ом:
I=U/R=4/6=2/3A
Находим ток через 12 ом:
I=U/R=4/12=1/3A
Закон Ома I=U/R
Находим общее сопротивление параллельных участков цепи:
1/R=1/6+1/12=3/12=1/4 cледовательно R паралельных участков равно 4ом;
Находим общее сопротивление всей цепи:
Rобщ.=4ом+4ом+20ом=28 ом
Находим напряжение всей цепи из закона Ома:
Uобщ.=I*R=1*28=28 В
Находим напряжение участка 4ом (левый):
по нему протекает ток в 1А (из условия)
U=I*R=1*4=4 В
Находим напряжение участка 20ом (правый):
по нему протекает ток в 1А (из условия)
U=I*R=1*20=20 В
Находим напряжение паралелльных участков:
по нему протекает ток в 1А (из условия)
U=I*R=1*4=4 В
Находим ток через 6 ом:
I=U/R=4/6=2/3A
Находим ток через 12 ом:
I=U/R=4/12=1/3A