Ознакомление с содержанием раздела "Работа, мощность и энергия" (Лабораторная работа № 3), страница 2

В лапке штатива укрепляют вертикально демонстрационный метр так, чтобы его конец с нулевым делением касался крышки стола. К крючку динамометра, который держат в руке, подвешивают деревянный брусок и измеряют его вес. Затем брусом вместе с динамометром располагают сбоку демонстрационного метра и равномерно поднимают на высоту 60 – 70 см (рис. 1). Высчитывают величину произведенной работы, выражая ее в джоулях. При этом подчеркивают, что эта работа была совершена по преодолению силы тяжести.

После этого кладут брусок на доску трибометра (можно на крышку стола) и с помощью динамометра перемещают брусок равномерно на такое же расстояние, как в первом случае. Во время движения замечают показания динамометра, т. е. измеряют силу тяги, которая развивалась при этом. Зная величину действующей силы и пройденный путь, снова вычисляют работу, выражая ее в джоулях. Обращают внимание, что работа во втором случае была совершена по преодолению силы трения скольжения.

Сравнивая результаты двух измерений, приходят к выводу: работа, совершенная при подъеме груза, значительно больше работы, затраченной на перемещение этого груза на такое же расстояние по горизонтальной плоскости.

Несмотря на простоту описанного опыта, он благодаря наглядности и конкретности помогает учащимся получить правильное представление о работе и способе ее измерения.

ОПЫТ № 2

УСТРОЙСТВО И ДЕЙСТВИЕ РЫЧАГА

Оборудование:  динамометр трубчатый на 10 Н; рычаг демонстрационный; штатив универсальный; набор грузов с двумя крючками; метр демонстрационный.

Рассказав об устройстве демонстрационного (или лабораторного) рычага, подвешивают его на металлической оси, укрепленной в муфте штатива. Перемещая уравнительные грузы на концах, приводят рычаг в горизонтальное положение.

По обе стороны от точки опоры подвешивают к рычагу на проволочных петельках грузы так, чтобы рычаг остался в равновесии (рис. 2).   Затем  определяют величину, направление и плечо каждой силы. Результаты измерений записывают на доске. Вводят понятие момента силы, обращают внимание на то, что при равновесии рычага  М₁=М₂.

Опыт повторяют несколько раз, изменяя величины сил и их плечи. Анализируя результаты опытов, устанавливают, что у такого рычага силы действуют в одном направлении; точки приложения сил расположены по обе стороны относителньно опоры; рычаг находится в равновесии тогда, когда действующие на него силы обратно пропорциональны плечам.

Затем собирают установку по рисунку 3 и демонстрируют равновесие сил на рычаге другого рода.

Опыт также повторяют несколько раз, изменяя вес грузов и точки приложения сил. В результате устанавливают, что у этого рычага силы приложены по одну сторону от опоры и направлены в противоположные стороны, но при равновесии действующие силы обратно пропорциональны их плечам, как у первого рычага.

Далее демонстрируют равенство работ применительно к рычагу. Берут рычаг, как в первом опыте, и уравновешивают его в горизонтальном положении. С помощью демонстрационного метра фиксируют начальное положение точек, к которым приложены силы (рис. 4). При этом начальную высоту расположения рычага над крышкой стола желательно подобрать так, чтобы точки приложения сил располагались на одном уровне с чертой, отмечающей одно из дециметровых  делений шкалы метра.

Затем отклоняют рычаг на некоторый угол в вертикальной плоскости и измеряют расстояния, на которые сместились точки приложения сил. Вычисляют работы, совершенные обеими силами, и убеждаются в равенстве этих работ. Опыт повторяют, изменив угол наклона рычага. В результате убеждаются, что рычаг не дает выигрыша в работе; пользуясь рычагом, можно выиграть в силе или в расстоянии, причем во столько раз выигрывают в силе, во столько же раз проигрывают в расстоянии. Это правило, имеющее большое значение в технике, называют «золотым правилом» механики.