Ознакомление с содержанием раздела «Основы динамики» (Лабораторная работа № 2), страница 4

У этого прибора устройство также не видно учащимся, по­этому на классной доске изображают схему прибора (рис. 7) и разъясняют взаимодействие его отдельных частей.

Механизм прибора состоит из двух пружин, надетых на стержни, которые соединены между собой зубчатой рейкой. Рейка имеет сцепление с шестеренкой, на оси которой укрепле­на стрелка.

Под действием силы пружины деформируются, рейка пере­мещается и поворачивает шестеренку, а вместе с ней и стрелку. Весь механизм закрыт металлической крышкой, из которой выхо­дят лишь два стержня, позволяющие одновременно приклады­вать две силы, направленные в противоположные стороны. При желании крышку можно снять, вывинтив четыре винта, и показать учащимся внутренний механизм прибора.

Далее обращают внимание на шкалу динамометра. Она име­ет нуль в середине, а вправо и влево от нуля нанесены 12 деле­ний ценой в 1 Ньютон каждое. Показывают, что шкалу можно повертывать. Это сделано для того, чтобы можно было устанав­ливать стрелку на нуле даже в тех случаях, когда пружины прибора уже находятся под некоторой нагрузкой.

Затем к динамометру подвешивают 2-5 грузов и обращают внимание на соответствие его показаний приложенной силе.

Сообщают также, что при измерении сил стержни динамо­метра всегда располагают по направлению действия сил.

ОПЫТ № 5

СЛОЖЕНИЕ СИЛ, ДЕЙСТВУЮЩИХ НА ТЕЛО ПО ОДНОЙ ПРЯМОЙ

Оборудование: динамометр демонстрационный с круглой шка­лой; динамометр демонстрационный трубчатый; блок неподвижный; грузы по механике с двумя крючками; гири массой 200 г и 500 г;  штатив универсальный.

Рассматривают два случая сложения сил, действующих на тело по одной прямой, когда силы направлены в одну сторону и в противоположные стороны.

1. Для демонстрации первого случая к нижнему крючку динамометра, укрепленного в муфте штатива, подвешивают два груза по 100 г; замечают показания дина­мометра (рис. 8). Затем, сняв грузы, подвешивают одну гирю в 200 г и обнаруживают, что две силы можно заменить одной, равной их сумме.

Основываясь на этом опыте, делают вывод: равнодействующая двух сил, направленных по одной прямой в одну сторону, равна их сумме и направлена в ту        же сторону. Показывают, что полученный  вывод справедлив для любого числа сил.            С этой целью опыт повторяют, пользуясь пятью грузами по 100 г, а затем одной  500г.

После этого гирю 500 г снимают с нижнего крючка и ставят на столик, укрепленный на верхнем стержне динамометра (рис. 9) (вес столика предварительно исключают из показаний динамометра путем поворота шкалы).  

Обращают внимание учащихся, что от переноса гири показания динамометра не изменились.

На основе последнего опыта делают  одну сторону еще одно важное заключение: точку при­ложения силы, действующей на твердое тело, можно переносить вдоль прямой, по которой действует сила.

Далее к нижнему крючку подвешивают, например, три гру­за, а гирю 500 г оставляют на столике динамометра. Наблюдают сложение сил, приложенных к динамометру в различных его точках.

2. Для демонстрации второго случая сложения сил собирают установку по рисунку 10. К верхнему крючку динамометра при­вязывают нить и перебрасывают её через неподвижный блок, укрепленный на штативе. Вначале показывают, что по отклонению стрелки динамометра можно судить не только о величине силы, но и о её направлении. С этой целью от руки прикладывают к динамометру силу, направленную вниз, - стрелка динамометра отклоняется влево: при обратном направлении силы стрелка отклоняется вправо.

После этого к свободному концу нити, переброшенной через блок, подвешивают, например, два груза. Стрелка динамометра отклоняется вправо, указывая величину и направление дейст­вующей силы. Затем к нижнему крючку динамометра подвеши­вают последовательно один, два, три, наконец, четыре груза. Каждый раз по показанию динамометра определяют величину и направление равнодействующей силы. Опыт показывает, что по мере возрастания силы, направленной вниз, равнодействую­щая вначале убывает по величине, при равенстве составляющих она обращается в нуль, а затем, изменив направление, начи­нает возрастать.

На основании проделанного опыта приходят к выводу: равнодействующая двух сил, действующих на тело по одной прямой в противоположные стороны, равна разности этих сил и направлена в сторону  большей силы.

Этот случай сложения сил можно показать, пользуясь двумя динамометрами – трубчатым и с круглой шкалой (рис. 11). Трубчатый динамометр будет показывать силу, направленную вертикально вверх (эта сила в опыте должна изменяться по величине), а динамометр с круглой шкалой – величину и направление равнодействующей.