№4 зертханалық жұмыс. Серпімді деформацияларды зерделеу
Бұл жұмыста серіппеге жүк іліп, оның ұзаруын сызғышпен өлшейді. Нәтижелер бойынша серпімділік күшінің ұзаруға тәуелділік графигі F(x) салынады. График көлбеулігі бойынша серіппенің қатаңдық коэффициенті k метрге шаққандағы ньютонмен табылады.
Жұмыстың мақсаты. Серпімділік күшінің серіппе ұзаруына тәуелділігін зерттеу және F(x) графигі бойынша серіппенің қатаңдық коэффициентін анықтау.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 7.2.2.4серпімділік күшінің серіппенің ұзаруына тәуелділік графигінен қатаңдық коэффициентін анықтау
- 7.1.3.3физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау
Құрал-жабдықтар
- муфтасы мен қысқышы бар штатив
- көрсеткіші бар спираль серіппе
- әрқайсысы 100 г жүктер жиыны
- миллиметрлік бөліктері бар сызғыш
- динамометр (күшті тексеру үшін)
- график салуға арналған миллиметрлік қағаз немесе торкөз дәптер
Жұмыс барысы
- 1
Серіппені штатив қысқышына бекітіп, жанына сызғышты тік қойыңыз.
- 2
Жүксіз серіппе көрсеткішінің орнын l₀ жазыңыз.
- 3
100 г бір жүкті іліп, серіппенің тербелісі тоқтағанша күтіңіз де, көрсеткіштің жаңа орнын l жазыңыз.
- 4
Ұзаруды x = l − l₀ тауып, өлшеу кестесіне жазыңыз.
- 5
Жүктерді біртіндеп төртеуге дейін қосыңыз да, әр жолы ұзаруды жазыңыз.
- 6
Әр тәжірибе үшін серпімділік күшін F = m·g есептеңіз.
- 7
Барлық жүкті алып, көрсеткіш l₀ орнына қайтқанын тексеріңіз.
- 8
F(x) графигін салып, координат басы мен нүктелер арқылы түзу жүргізіңіз.
- 9
График бойынша қатаңдық коэффициентін k табыңыз.
Қысқаша теория
Деформация — күштің әсерінен дене пішінінің немесе өлшемінің өзгеруі. Жүктемені алғаннан кейін дене бұрынғы пішініне толық қайтса, деформация серпімді, қайтпаса — пластикалық деп аталады. Бұл жұмыста серіппе тек серпімді деформациялануы тиіс.
Деформация кезінде денеде серпімділік күші пайда болады. Ол деформацияға қарсы бағытталған: созылған серіппе қайта жиырылуға тырысады. Серіппеге ілінген жүк қозғалмай тұрғанда серпімділік күші жүктің ауырлық күшін теңгереді: Fсерп = m·g, мұндағы g ≈ 9,8 Н/кг.
Шағын серпімді деформацияларда серпімділік күші ұзаруға x = l − l₀ тура пропорционал: Fсерп = k·x. Бұл — Гук заңы. k коэффициенті қатаңдық деп аталады; ол серіппені 1 м-ге созу үшін қандай күш түсіру керектігін көрсетеді. Қатаңдық бірлігі — метрге шаққандағы ньютон (Н/м). Қатаңдық серіппенің материалына, орам сымының жуандығына, орамдардың диаметрі мен санына байланысты.
Көлденең оське ұзаруды x, ал тік оське күшті F салса, нүктелер координат басы арқылы өтетін түзудің бойында жатады. Түзу неғұрлым тік болса, серіппе соғұрлым қатаң. Қатаңдық график бойынша табылады: k = ΔF / Δx, мұнда ΔF пен Δx түзудің бойындағы бір-бірінен алыс жатқан екі нүкте үшін алынады.
Виртуалды тәжірибе
«Механикалық зертхана» симуляциясында «Күштер және тепе-теңдік» режимін, одан кейін «Серіппе» бөлімін таңдаңыз. Әртүрлі массадағы жүктерді іліп, серіппенің ұзаруын сызғыштан оқыңыз да, әр «күш — ұзару» жұбын кестеге жазыңыз. Өз деректеріңіз бойынша F(x) графигін салып, оның көлбеулігінен қатаңдықты табыңыз.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Гук заңы: серпімділік күші
Өлшеу кестесі
№4 зертханалық жұмыс · Физика, 7 сынып. Серпімді деформацияларды зерделеу
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Жүктердің массасы m, кг | Серпімділік күші F, Н | Ұзару x, см | Ұзару x, м | k = F / x, Н/м |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | |||||
| 2 | |||||
| 3 | |||||
| 4 |
Есептеу және қорытынды
Серпімділік күші: F = m·g, g ≈ 9,8 Н/кг. Мысалы, m = 0,2 кг үшін F = 0,2 · 9,8 = 1,96 Н.
Мысалы, мынадай нүктелер алынды: 0,98 Н — 2,0 см; 1,96 Н — 4,0 см; 2,94 Н — 6,0 см.
График бойынша қатаңдық: k = ΔF / Δx. Бірінші және үшінші нүктелер үшін ΔF = 2,94 − 0,98 = 1,96 Н, Δx = 6,0 − 2,0 = 4,0 см = 0,04 м, k = 1,96 / 0,04 = 49 Н/м.
Тексеру: кестенің әр жолындағы k = F / x мәндері бір-біріне жақын болуы керек. Олардың шашырауы тәжірибенің қателігін көрсетеді.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында мен серіппенің серпімді деформациясын зерттедім. Серпімділік күші ұзаруға … өседі, F(x) графигі координат басы арқылы өтетін … . График бойынша серіппенің қатаңдық коэффициенті k = … Н/м. Жүктерді алғаннан кейін серіппе … , демек деформация … болды.
Бақылау сұрақтары
Қандай деформация серпімді деп аталады?
Жауабын көру
Күштің әсері тоқтағаннан кейін толық жойылатын деформация: дене бұрынғы пішіні мен өлшеміне қайтады.
Қатаңдық коэффициенті нені көрсетеді?
Жауабын көру
Серіппені 1 м-ге созу немесе сығу үшін қандай күш қажет екенін көрсетеді. Мысалы, k = 49 Н/м болса, 1 см-ге созу үшін 0,49 Н күш керек.
F(x) графигі бойынша екі серіппенің қайсысы қатаң екенін қалай білуге болады?
Жауабын көру
Қатаң серіппенің графигі тігірек болады: бірдей ұзаруда күш үлкенірек.
Неліктен қатаңдықты бір нүкте бойынша емес, график бойынша тапқан дұрыс?
Жауабын көру
Түзу барлық нүктелер арқылы жүргізіледі, сондықтан жеке өлшеулердің кездейсоқ қателіктері ішінара бір-бірін жояды.
Серіппеге тым ауыр жүк ілсе не болады?
Жауабын көру
Деформация пластикалық болып кетеді: серіппе созылып, бұрынғы ұзындығына қайтпайды, Гук заңы орындалмайды.
Қауіпсіздік техникасы
- Штативті орнықты қойып, жүктердің салмағынан аударылып кетпейтіндей етіп бекітіңіз.
- Мұғалім рұқсат еткеннен артық жүк ілмеңіз: серіппе бүлінуі мүмкін.
- Жүктерді үстелдің үстінде, қолмен ұстап іліңіз және алыңыз, олар аяғыңызға түсіп кетпесін.
- Серіппені қолмен қатты созбаңыз және оны кенет босатпаңыз.
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, «Күштер және тепе-теңдік» режимі, «Серіппе» бөлімі. Оны компьютерде немесе телефонда орындауға болады, ал нәтижені журналға рәсімдеу — мұғалімнің талабы бойынша.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Серпімділік күші ұзаруға қалай тәуелді екенін, қандай график шыққанын, қатаңдықтың қандай мәнін тапқаныңызды және деформацияның серпімді болған-болмағанын жазыңыз.
- Неліктен нүктелер түзудің бойына дәл түспейді?
- Сызғыштың қателігі бар, серіппе сәл тербелуі мүмкін, ал көрсеткішті штрихтың дәл тұсынан көру қиын. Түзуді нүктелер оның екі жағында шамамен тең жататындай етіп жүргізеді.