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.

1. Определи длину размотки нити за один оборот (геометрия болта, диаметр резьбы ).
2. Определи высоту подъёма груза за один оборот — шаг резьбы .
3. Запиши уравнение равенства совершённой работы и полезной работы .
4. Вырази выигрыш в силе из полученной системы.

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).

1. Подготовь набор масс и для каждой измерь силу , при которой груз равномерно поднимается; сделай несколько повторов.
2. Запиши пары значений и учти погрешности прибора.
3. Построй график и найди коэффициент наклона прямой (обозначь его ).
4. Вырази зависимость через найденный коэффициент наклона и сдвиг (интерцепт).

Аналогично: для опускания груз движется равномерно вниз при некоторой постоянной силе на нити — как её измерить последовательно?

Записывай силу , при которой груз равномерно опускается; физически это другая равновесная конфигурация с теми же силами, но направленными по-другому.

1. Для тех же масс по очереди измерь силу , обеспечивающую равномерное опускание; сделай несколько повторов.
2. Запиши пары с погрешностями.
3. Построй график и найди его коэффициент наклона (обозначь ).
4. Вырази зависимость через найденный коэффициент наклона и сдвиг.

Объедини результаты: как лучше показать на одном рисунке обе зависимости и их среднюю, чтобы увидеть влияние трения?

Построй на одних осях графики и ; для оценки трения полезно строить также график полусуммы .

1. Нанеси точки и проведи аппроксимирующие прямые для и .
2. Вычисли и построй точки полусуммы для каждой массы и аппроксимируй их прямой.
3. Найди коэффициенты наклона для трёх прямых и сравни их.
4. Вырази коэффициент наклона полусуммы (обозначь его ) из построенного графика.

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.

1. Найди полезную работу за один оборот как изменение потенциальной энергии груза при подъеме на шаг винта.
2. Запиши работу, совершённую за один оборот силой, приложенной к нити, используя среднюю из измеренных сил и длину нити, сматываемую за оборот.
3. Вычисли работу потерь как разность между совершённой работой и полезной работой.
4. Из полученных выражений выразите КПД как отношение полезной работы к суммарной совершённой работе.