№9 зертханалық жұмыс. Иіндіктің тепе-теңдік шарттарын анықтау
Бұл жұмыста иіндікке осьтің екі жағынан жүктер іліп, оның горизонталь күйде тепе-теңдікте тұруына қол жеткізеді. Әр тәжірибеде күштер мен олардың иіндері өлшеніп, күш моменттері есептеледі. Моменттерді салыстыру иіндіктің тепе-теңдік шартын көрсетеді: M₁ = M₂.
Жұмыстың мақсаты. Иіндіктің тепе-теңдік шартын тәжірибеде анықтау: тепе-теңдік кезінде иіндікті қарама-қарсы жаққа бұратын күштердің моменттері тең екенін тексеру.
Осы тақырыпқа ҚМЖ жасауОқу мақсаттары
- 7.2.4.5тәжірибеде иіндіктің тепе-теңдік шарттарын анықтау
- 7.1.3.3физика кабинетінде қауіпсіздік ережелерін білу және сақтау
Құрал-жабдықтар
- тесіктері және ұштарында теңестіргіш сомындары бар иіндік (осьтегі сызғыш)
- штатив
- әрқайсысы 100 г жүктер жиыны
- динамометр
- сызғыш
- жүктерді ілуге арналған жіптер немесе ілгектер
Жұмыс барысы
- 1
Иіндікті штатив осіне орнатып, ұштарындағы сомындар арқылы оны жүксіз горизонталь күйге келтіріңіз.
- 2
Осьтің сол жағына белгілі бір қашықтықта, мысалы, 15 см жерге екі жүк іліңіз.
- 3
Осьтің оң жағына иіндік қайтадан горизонталь болатындай жүктердің санын және ілу орнын таңдаңыз.
- 4
l₁ және l₂ иіндерін өлшеп, F₁ мен F₂ күштерін жүктердің салмағы ретінде есептеңіз: F = m·g.
- 5
Деректерді кестеге жазып, M₁ және M₂ күш моменттерін есептеңіз.
- 6
Тәжірибені жүктердің басқа санымен және басқа иіндермен тағы екі рет қайталаңыз.
- 7
Жүктерді бір жағына іліп, екінші жағынан иіндікті тік төмен бағытталған динамометрмен теңгеріңіз; көрсеткіш пен иінді жазыңыз.
- 8
Әр тәжірибедегі күш моменттерін салыстырып, тепе-теңдік шартын тұжырымдаңыз.
Қысқаша теория
Иіндік — қозғалмайтын осьті (тірек нүктесін) айнала бұрыла алатын қатты дене. Иіндіктің мысалдары: әткеншек, қайшы, сомын кілті, сүймен, ескек. Адамның қолы мен аяғы да иіндік ретінде жұмыс істейді.
Күш иіні l — айналу осінен күштің әсер ету сызығына дейінгі ең қысқа қашықтық. Иіндікте жүк ілініп тұрса, иін горизонталь иіндік бойымен өлшенген осьтен ілу нүктесіне дейінгі қашықтыққа тең.
Күштің айналдырушы әрекетін күш моменті сипаттайды: M = F·l. ХБЖ-дағы күш моментінің бірлігі — ньютон-метр (Н·м). Бір күштің иіні неғұрлым ұзын болса, ол иіндікті соғұрлым күштірек бұрады. Мысалы, есікті тұтқасынан итеріп ашу топсаның жанынан итергеннен әлдеқайда оңай.
Иіндіктің тепе-теңдік шарты (моменттер ережесі): иіндікті сағат тілімен бұратын күштің моменті оны сағат тіліне қарсы бұратын күштің моментіне тең болса, иіндік тепе-теңдікте болады: M₁ = M₂, немесе F₁·l₁ = F₂·l₂. Бұдан F₁ / F₂ = l₂ / l₁: күштер өз иіндеріне кері пропорционал. Сондықтан иіндік күштен ұтыс береді: ұзын иіндегі аз күшпен қысқа иіндегі үлкен күшті теңгеруге болады.
Тәжірибенің алдында жүксіз иіндікті ұштарындағы сомындармен теңестіреді, сонда оның өз салмағы өлшеулерге кедергі келтірмейді.
Виртуалды тәжірибе
«Механикалық зертхана» симуляциясында «Күштер және тепе-теңдік» режимін, одан кейін «Иінтірек» бөлімін таңдаңыз. Жүктерді осьтің сол және оң жағындағы әртүрлі тесіктерге іліп, иіндіктің горизонталь тоқтауына қол жеткізіңіз. Әр тепе-теңдік үшін жүктердің массасын және тесіктердің нөмірін жазыңыз, иіндерді табыңыз (тесік нөмірін көрші тесіктердің ара қашықтығына көбейтіңіз) және сол жақ пен оң жақтағы F·l көбейтінділерін салыстырыңыз.
Осы тақырыптағы тағы бір симуляция: Иінтірек және тепе-теңдік шарты
Өлшеу кестесі
№9 зертханалық жұмыс · Физика, 7 сынып. Иіндіктің тепе-теңдік шарттарын анықтау
Аты-жөні, сыныбы: ____________________ Күні: __________
| Тәжірибе № | Сол жақтағы күш F₁, Н | Иін l₁, м | Момент M₁, Н·м | Оң жақтағы күш F₂, Н | Иін l₂, м | Момент M₂, Н·м |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | ||||||
| 2 | ||||||
| 3 | ||||||
| 4 |
Есептеу және қорытынды
Күш моменті: M = F·l; жүктердің салмақ күші: F = m·g, g ≈ 9,8 Н/кг.
Мысалы, сол жақта 15 см қашықтықта 100 г-дық екі жүк: F₁ = 0,2 · 9,8 = 1,96 Н, l₁ = 0,15 м, M₁ = 1,96 · 0,15 ≈ 0,29 Н·м.
Оң жақта 10 см қашықтықта 100 г-дық үш жүк: F₂ = 2,94 Н, l₂ = 0,10 м, M₂ = 2,94 · 0,10 ≈ 0,29 Н·м. Моменттер тең.
Қатынас арқылы тексеру: F₁ / F₂ = 1,96 / 2,94 ≈ 0,67 және l₂ / l₁ = 0,10 / 0,15 ≈ 0,67.
Моменттердің пайызбен айырмашылығы: (M₁ − M₂) / M₁ · 100 %. Шағын айырмашылық сызғыштың, динамометрдің қателігімен және осьтегі үйкеліспен түсіндіріледі.
Қорытынды үлгісі: Жұмыс барысында мен иіндіктің тепе-теңдік шартын анықтадым. Әр тәжірибеде сол жақтағы күш моменті M₁ = … Н·м мен оң жақтағы күш моменті M₂ = … Н·м … болып шықты. Демек, иіндік … болғанда тепе-теңдікте болады. Иіндікке әрекет ететін күштер … кері пропорционал. Айырмашылық … % болды, оның себептері — … .
Бақылау сұрақтары
Күш иіні деп нені айтады?
Жауабын көру
Иіндіктің айналу осінен күштің әсер ету сызығына дейінгі ең қысқа қашықтықты.
Күш моменті дегеніміз не және ол қандай бірлікпен өлшенеді?
Жауабын көру
Бұл күштің оның иініне көбейтіндісі: M = F·l. Күш моментінің бірлігі — ньютон-метр (Н·м).
Иіндіктің тепе-теңдік шартын тұжырымдаңыз.
Жауабын көру
Иіндікті сағат тілімен бұратын күштің моменті оны сағат тіліне қарсы бұратын күштің моментіне тең болса, иіндік тепе-теңдікте болады: F₁·l₁ = F₂·l₂.
Сол жақта 10 см қашықтықта салмағы 3 Н жүк ілулі тұр. Иіндік тепе-теңдікте болу үшін оң жақта 30 см қашықтықта қандай күш түсіру керек?
Жауабын көру
F₂ = F₁·l₁ / l₂ = 3 · 0,10 / 0,30 = 1 Н.
Неліктен тәжірибенің алдында иіндікті жүксіз теңестіреді?
Жауабын көру
Әйтпесе иіндіктің өз салмағы қосымша момент тудырады да, жүктер үшін тепе-теңдік шарты дәл орындалмайды.
Қауіпсіздік техникасы
- Штативті үстелдің ортасына қойып, иіндік осінің берік бекітілгенін тексеріңіз.
- Жүктерді бір-бірден, иіндікті қолмен ұстап тұрып іліңіз және алыңыз, ол кенет теңселмесін.
- Жүктердің үстелге немесе аяғыңызға құлап кетпеуін қадағалаңыз.
- Динамометрді шкаласының шегінен артық созбаңыз.
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, «Иінтірек» бөлімі. Оны компьютерде немесе телефонда орындауға болады, ал нәтижені журналға рәсімдеу — мұғалімнің талабы бойынша.
- Қорытындыны қалай жазу керек?
- Әр тәжірибе үшін сол жақ пен оң жақтағы күш моменттерінің мәндерін келтіріп, оларды салыстырыңыз және иіндіктің тепе-теңдік шартын тұжырымдаңыз, пайыздық айырмашылық пен оның себептерін көрсетіңіз.
- Иіндік ережесі өмірде қай жерде қолданылады?
- Қайшы, қысқаш, сомын кілті, қол арба, сүймен, ескек және әткеншек — бәрі иіндік. Ұзын сап аз күшпен үлкен момент жасауға мүмкіндік береді.