Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Известно много простых механизмов, одним из них является винт – свойства которого Вам предстоит исследовать в данной работе.
Плотность воды считайте равной
Ускорение свободного падения
Прочно закрепите гайку в лапке штатива, так, чтобы вкрученный в нее болт располагался вертикально. Намотайте нитку на болт (непосредственно под головкой болта), к нижней части болта привяжите с помощью нитки пластиковую бутылку. Массу этого груза вы можете изменять, доливая в бутылку известное количество воды. Если потянуть за нить, намотанную на болт, то он начнет вращаться, поднимая (или опуская) груз. Эту силу можно измерить с помощью динамометра.
1.1 Рассчитайте, какой выигрыш в силе (отношение силы тяжести поднимаемого груза к силе, прикладываемой к нити) может дать данное подъемное устройство при отсутствии силы трения на резьбе болта.
Приведите расчетную формулу. Проведите необходимые измерения геометрических параметров вашего подъемного устройства, на основании которых проведите требуемые расчеты.
Нарисуй один оборот винта и отметь, на какую длину нить разматывается и на какую высоту поднимается груз за этот оборот.
Примените «золотое правило механики»: за один и тот же ход работа, совершённая приложенной силой, равна полезной работе против силы тяжести. Запишите баланс работ за один оборот в общем виде.
- Определи длину размотки нити за один оборот
(геометрия болта, диаметр резьбы ). - Определи высоту подъёма груза за один оборот — шаг резьбы
. - Запиши уравнение равенства совершённой работы
и полезной работы . - Вырази выигрыш в силе
из полученной системы.
2.1 Измерьте зависимости силы, которую следует приложить к нити, чтобы поднимать груз, от массы поднимаемого груза.
Подумай, как наладить повторяемые измерения силы при подъёме: какие величины менять и какие фиксировать.
Запиши условие равномерного подъёма: приложенная сила уравновешивает полезную силу и силы трения (на практике измеряй силу, необходимую именно для подъёма).
- Подготовь набор масс и для каждой измерь силу
, при которой груз равномерно поднимается; сделай несколько повторов. - Запиши пары значений
и учти погрешности прибора. - Построй график
и найди коэффициент наклона прямой (обозначь его ). - Вырази зависимость
через найденный коэффициент наклона и сдвиг (интерцепт).
2.2 Из-за заметного трения, чтобы опускать груз также необходимо прикладывать к нити некоторую силу. Измерьте зависимость силы, которую следует приложить к нити, что бы груз опускался, от массы подвешенного груза.
Аналогично: для опускания груз движется равномерно вниз при некоторой постоянной силе на нити — как её измерить последовательно?
Записывай силу
- Для тех же масс по очереди измерь силу
, обеспечивающую равномерное опускание; сделай несколько повторов. - Запиши пары
с погрешностями. - Построй график
и найди его коэффициент наклона (обозначь ). - Вырази зависимость
через найденный коэффициент наклона и сдвиг.
2.3 Постройте графики полученных в пп. 2.1 - 2.2 зависимостей.
Объедини результаты: как лучше показать на одном рисунке обе зависимости и их среднюю, чтобы увидеть влияние трения?
Построй на одних осях графики
- Нанеси точки и проведи аппроксимирующие прямые для
и . - Вычисли и построй точки полусуммы
для каждой массы и аппроксимируй их прямой. - Найди коэффициенты наклона для трёх прямых и сравни их.
- Вырази коэффициент наклона полусуммы (обозначь его
) из построенного графика.
2.4 Используя полученные экспериментальные данные, рассчитайте коэффициент трения гайки о болт.
2.5 Используя полученные данные, рассчитайте коэффициент полезного действия Вашего подъемного механизма.
Что физически является полезной работой за один оборот винта и что теряется из‑за трения? Сначала определи эти два вклада интуитивно.
Запиши баланс работ на один оборот: работа, которую совершаешь, равна сумме полезной работы (изменение потенциальной энергии груза) и работы, ушедшей на трение; используй экспериментально измеренные средние силы и геометрические величины резьбы, чтобы выразить каждое слагаемое.
- Найди полезную работу за один оборот как изменение потенциальной энергии груза при подъеме на шаг винта.
- Запиши работу, совершённую за один оборот силой, приложенной к нити, используя среднюю из измеренных сил и длину нити, сматываемую за оборот.
- Вычисли работу потерь как разность между совершённой работой и полезной работой.
- Из полученных выражений выразите КПД как отношение полезной работы к суммарной совершённой работе.
Похожие задачи
Укол
В данном задании вам необходимо исследовать движение поршня шприца, заполненного водой.
Приборы и оборудование: шприц одноразовый 1 мл, штатив с …
Экспериментальная задача 9-1
Приборы и оборудование: Мензурка с водой, пробирка градуированная с крышкой, соль, тарелка и ложка одноразовые, набор одинаковых гаек.
Плотность воды …
«Качательные» колебания
Оборудование: цилиндр металлический, линейка деревянная, секундомер, пластилин, палочка деревянная.
С помощью пластилина прикрепите к боковой грани …
Простая задача про простые механизмы
Когда великий Архимед открыл правило рычага, он воскликнул: «Дайте мне точку опоры, и я переверну Землю!».
И не случайно – еще в античные времена это …
Потери энергии
Двигатель тянет горизонтальную ленту транспортера с постоянной скоростью
Трение и равновесие
Приборы и оборудование: Нитки, кнопки канцелярские, набор грузов
В данной работе вам предстоит исследовать условия …