№10 зертханалық жұмыс. Көлбеу жазықтықтың пайдалы әрекет коэффициентін анықтау
Бұл жұмыста білеушені көлбеу тақтаймен жоғары қарай динамометр арқылы бірқалыпты сүйрейді. Білеушенің салмағы, тақтайдың биіктігі h пен ұзындығы l және тарту күші F өлшенеді. Осы деректер бойынша пайдалы және жұмсалған жұмыс табылып, пайдалы әрекет коэффициенті η = Aп / Aж · 100 % есептеледі.
Жұмыстың мақсаты. Көлбеу жазықтықтың пайдалы әрекет коэффициентін (ПӘК) тәжірибеде анықтау және оның көлбеулік бұрышына қалай тәуелді екенін анықтау.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 7.2.4.6көлбеу жазықтықтың пайдалы әрекет коэффициентін тәжірибеде анықтау
- 7.1.3.3физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау
Құрал-жабдықтар
- ұзындығы 0,5–1 м ағаш тақтай
- муфтасы мен қысқышы бар штатив
- ілмегі бар ағаш білеуше
- өлшеу шегі 4–5 Н динамометр
- әрқайсысы 100 г жүктер жиыны
- сызғыш немесе өлшеуіш таспа
Жұмыс барысы
- 1
Тақтайдың бір ұшын штатив қысқышына бекітіп, биіктігі шамамен 20 см көлбеу жазықтық жасаңыз.
- 2
Сызғышпен тақтайдың ұзындығын l және оның жоғарғы шетінің үстелден биіктігін h өлшеңіз.
- 3
Динамометрмен білеушенің салмағын P өлшеңіз.
- 4
Білеушені тақтайдың төменгі шетіне қойып, динамометрді тақтайға параллель ұстап, білеушені жоғары қарай бірқалыпты тартыңыз. Тарту күшін F жазыңыз.
- 5
Пайдалы жұмысты Aп = P·h, жұмсалған жұмысты Aж = F·l және ПӘК-ті η есептеңіз.
- 6
Білеушенің үстіне 100 г жүк қойып, өлшеулерді қайталаңыз.
- 7
Көлбеу жазықтықтың биіктігін, мысалы, 30 см-ге дейін өзгертіп, тәжірибені қайталаңыз.
- 8
Әртүрлі тәжірибелердегі ПӘК-ті салыстырып, қорытынды жазыңыз.
Қысқаша теория
Көлбеу жазықтық — қарапайым механизм. Жүкті h биіктікке көлбеу тақтаймен көтеру оны тік көтергеннен жеңіл: тақтай бойымен тарту күші жүктің салмағынан аз. Бірақ жұмыстан ұтыс болмайды: күштен қанша есе ұтсақ, жолдан сонша есе ұтыламыз, өйткені тақтай бойымен жүрген жол l биіктіктен h ұзын.
Пайдалы жұмыс — жүкті h биіктікке көтеру үшін қажет жұмыс: Aп = P·h = m·g·h. Жұмсалған (толық) жұмыс — тақтай бойымен тарту күшінің жұмысы: Aж = F·l, мұндағы F — бірқалыпты қозғалыс кезіндегі динамометрдің көрсеткіші, l — тақтайдың ұзындығы. Жұмыс джоульмен (Дж) өлшенеді: 1 Дж = 1 Н·м.
Жұмсалған жұмыстың бір бөлігі үйкелісті жеңуге кетеді, сондықтан Aж әрқашан Aп-дан үлкен. Пайдалы жұмыстың жұмсалған жұмысқа қатынасы пайдалы әрекет коэффициенті (ПӘК) деп аталады: η = Aп / Aж · 100 %. Кез келген механизмнің ПӘК-і 100 %-дан аз.
Көлбеу жазықтықтың ПӘК-і үйкеліске және көлбеулік бұрышына байланысты. Беттер неғұрлым тегіс болса, шығын соғұрлым аз, ал ПӘК жоғары. Үйкеліс бірдей болғанда көлбеулік бұрышы артқан сайын ПӘК өседі, бірақ бұл кезде қажетті тарту күші де артады.
Виртуалды тәжірибе
«Механикалық зертхана» симуляциясында «Қозғалыс» режимін, одан кейін «Көлбеу жазықтық» бөлімін таңдаңыз. Көлбеулік бұрышын беріп, білеуше мен массаны таңдаңыз да, «Бірқалыпты тарту» батырмасын басыңыз. h биіктігін, тақтай ұзындығын l және динамометр көрсеткішін F жазып, Aп = m·g·h, Aж = F·l және η есептеңіз, содан кейін тәжірибені басқа бұрышпен қайталаңыз.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Қарапайым механизмнің ПӘК-і: көлбеу жазықтық
Өлшеу кестесі
№10 зертханалық жұмыс · Физика, 7 сынып. Көлбеу жазықтықтың пайдалы әрекет коэффициентін анықтау
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Білеушенің салмағы P, Н | Биіктік h, м | Тақтай ұзындығы l, м | Тарту күші F, Н | Пайдалы жұмыс Aп, Дж | Жұмсалған жұмыс Aж, Дж | ПӘК η, % |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 |
Есептеу және қорытынды
Пайдалы жұмыс: Aп = P·h; жұмсалған жұмыс: Aж = F·l; ПӘК: η = Aп / Aж · 100 %.
Мысалы, P = 1,96 Н, h = 0,20 м, l = 0,60 м, F = 1,20 Н. Онда Aп = 1,96 · 0,20 ≈ 0,39 Дж, Aж = 1,20 · 0,60 = 0,72 Дж, η = 0,39 / 0,72 · 100 % ≈ 54 %.
Күштен ұтыс: P / F = 1,96 / 1,20 ≈ 1,6 есе, ал l жолы h биіктіктен 3 есе ұзын — жұмыстан ұтыс жоқ.
Қателік: қозғалыс кезінде динамометр көрсеткіші сәл тербеледі; оны 3 рет алып, F-тің орташа мәнін табыңыз. Динамометрдің қателігі — бөлік құнының жартысы.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында мен көлбеу жазықтықтың ПӘК-ін анықтадым. h = … м биіктікте пайдалы жұмыс Aп = … Дж, жұмсалған жұмыс Aж = … Дж, ПӘК η = … % болды. Көлбеулік бұрышы артқанда ПӘК … . ПӘК 100 %-дан аз, себебі … .
Бақылау сұрақтары
Көлбеу жазықтықпен көтергенде қандай жұмыс пайдалы, ал қайсысы жұмсалған жұмыс деп есептеледі?
Жауабын көру
Пайдалы жұмыс — жүкті h биіктікке көтеру жұмысы: Aп = P·h. Жұмсалған жұмыс — бүкіл тақтай бойымен тарту күшінің жұмысы: Aж = F·l.
Неліктен көлбеу жазықтықтың ПӘК-і әрқашан 100 %-дан аз?
Жауабын көру
Жұмсалған жұмыстың бір бөлігі білеуше мен тақтай арасындағы үйкеліс күшін жеңуге кетеді.
Көлбеу жазықтық жұмыстан ұтыс бере ме?
Жауабын көру
Жоқ. Ол күштен ұтыс береді, бірақ жолдан сонша есе ұтыламыз, ал үйкеліс салдарынан жұмсалған жұмыс пайдалы жұмыстан тіпті көп болады.
Көлбеу жазықтықтың ПӘК-ін қалай арттыруға болады?
Жауабын көру
Үйкелісті азайту керек: беттерді тегістеу, білеушенің орнына дөңгелекті арбашаны пайдалану. Сонымен қатар көлбеулік бұрышы артқанда ПӘК өседі.
Өмірдегі көлбеу жазықтыққа мысалдар келтіріңіз.
Жауабын көру
Пандустар, таудағы иректелген жолдар, жүк тиеуге арналған трап, баспалдақ. Сына мен бұранда да көлбеу жазықтықтың түрлері.
Қауіпсіздік техникасы
- Тақтайды штатив қысқышына сырғып кетпейтіндей берік бекітіңіз.
- Білеушені кенет емес, баяу тартыңыз, динамометрді тақтайға параллель ұстаңыз.
- Динамометрді шкаласының шегінен артық созбаңыз.
- Білеуше мен жүктердің тақтайдан еденге домалап түсіп кетпеуін қадағалаңыз.
Мұғалімге
Осы жұмыстың тақырыбына ҚМЖ мен БЖБ-ны Bilim Plus Ұстаз кабинетінде ЖИ оқу мақсаттарының коды бойынша жинайды. Симуляцияны сыныпқа беруге не тақтаға шығаруға болады.
Жиі қойылатын сұрақтар
- Құрал-жабдықсыз орындауға бола ма?
- Иә, виртуалды зертханалық жұмыс бар: «Механикалық зертхана» симуляциясы, «Қозғалыс» режимі, «Көлбеу жазықтық» бөлімі. Оны компьютерде немесе телефонда орындауға болады, ал нәтижені журналға рәсімдеу — мұғалімнің талабы бойынша.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Әр тәжірибе үшін пайдалы және жұмсалған жұмыстың, ПӘК-тің мәндерін келтіріп, ПӘК көлбеулік бұрышымен қалай өзгергенін жазыңыз және оның неліктен 100 %-дан аз екенін түсіндіріңіз.
- Неліктен білеушені дәл бірқалыпты тарту керек?
- Үдете тартқанда күштің бір бөлігі жылдамдықты арттыруға кетеді, динамометрдің көрсеткіші үлкен болады да, ПӘК шын мәнінен аз болып шығады.