Лабораторна робота № 1. Вивчення умови рівноваги важеля

Тема. Вивчення умови рівноваги важеля.

Мета: перевірити дослідним шляхом, яким має бути співвідношення сил і їхніх плечей, щоб важіль перебував у рівновазі.

Обладнання: важіль; штатив із муфтою та лапкою; набір тягарців масою по 100 г; динамометр; лінійка.

Хід роботи

Підготовка до експерименту

1. Який механізм називають важелем і де застосовують важелі?

Важіль — це будь-яке тверде тіло, яке може обертатися навколо нерухомої осі. Його використовують переважно, щоб отримати виграш у силі. Приклади з нашого життя — це лом, лопата.

2. Що називають плечем сили?

Плече сили — це найкоротша відстань від осі обертання до лінії, вздовж якої діє ця сила.

3. Що таке момент сили?

Момент сили — це фізична величина, що показує, як сила обертає тіло. Він дорівнює добутку сили на її плече: $M = Fd$ .

4. Визначення ціни поділки та ваги тягарця.

Спочатку я визначив характеристики приладів. Ціна поділки лінійки становить 1 мм, а динамометра — 0,1 Н.

Оскільки маса одного тягарця 100 г (0,1 кг), то його вага, а отже й сила, з якою він тисне на важіль, дорівнює приблизно 1 Н ( $P = mg = 0.1 \text{ кг} \cdot 9.8 \dfrac{\text{Н}}{\text{кг}} \approx 1 \text{ Н}$ ).

Експеримент та опрацювання результатів

Усі отримані дані я заніс до таблиці.

Номер досліду	Сила $F_1$ , Н (проти ходу)	Плече $d_1$ , м (проти ходу)	Момент $M_1$ , Н·м (проти ходу)	Сила $F_2$ , Н (за ходом)	Плече $d_2$ , м (за ходом)	Момент $M_2$ , Н·м (за ходом)	$\dfrac{F_1}{F_2}$	$\dfrac{d_2}{d_1}$
1	1	0,12	0,12	2	0,06	0,12	0,5	0,5
2	2	0,09	0,18	3	0,06	0,18	0,67	0,67
3	1,8	0,20	0,36	3	0,12	0,36	0,6	0,6

Аналіз експерименту та його результатів

Проаналізувавши таблицю, я помітив очевидну закономірність. У кожному досліді відношення сил ( $\dfrac{F_1}{F_2}$ ) було рівним оберненому відношенню плечей ( $\dfrac{d_2}{d_1}$ ). Це на практиці доводить правило важеля: у скільки разів ми виграємо в силі, у стільки ж програємо у відстані.

Також, що було цілком очікувано, моменти сил, які обертають важіль у протилежних напрямках ( $M_1$ і $M_2$ ), виявилися рівними. Саме це і є ключовою умовою для рівноваги.

Висновок

Мої досліди повністю підтвердили умову рівноваги важеля: він перебуває у спокої, коли момент сили, що обертає його проти годинникової стрілки, дорівнює моменту сили, що обертає його за годинниковою стрілкою ( $M_1 = M_2$ ).

Звісно, на точність моїх вимірювань могли трохи вплинути: похибка самої лінійки та динамометра, неточність у визначенні плеча сили, а також тертя в осі обертання важеля.