Градуирование пружины и измерение силы динамометром. Измерение сил трения покоя, скольжения и качения

Оборудование: 1) динамометр с закрытой шкалой; 2) набор грузов; 3) штатив для фронтальных работ (рис. 102).

Рис. 102. Оборудование к работе

В этой работе перед учащимися ставится задача проградуировать динамометр, с которым они встречаются впервые, пользуясь грузами массой по 100 г и зная, что вес груза приблизительно равен 1 Н (точнее, 0,98 Н). Такая задача имеет смысл в том случае, когда динамометры не градуированы. Поэтому перед работой нужно шкалы динамометров закрыть, т. е. обернуть листом белой бумаги и заклеить с обратной стороны клеем.

Подготовленный таким способом динамометр зажимают в лапку штатива в вертикальном положении и подвешивают к крючку динамометра сначала один груз. Отрегулировав после этого положение динамометра так, чтобы подвижные части динамометра не касались его основания, наносят карандашом горизонтальный штрих против указателя.

Затем подвешивают второй, третий и четвертый грузы, отмечая каждый раз растяжение пружины. Сняв грузы, отмечают нулевое положение указателя и против нанесенных штрихов проставляют числа: 0, 1, 2, 3 и 4.

Надо обратить внимание учащихся на то, что все расстояния между штрихами получились равными. На этом основании можно считать, что сила 0,5 Н вы звала бы удлинение пружины в 2 раза меньшее, чем сила 1 Н, и проставить промежуточные штрихи по 0,5 Н.

Когда динамометр проградуирован, учащиеся взвешивают им какой-нибудь предмет, например кольцо от штатива вместе с муфтой. После взвешивания снимают бумажную полоску и находят на динамометре готовую шкалу.

Сравнивая ее со своей самодельной, учащиеся убеждаются, что шкала на динамометре отличается от самодельной только большим числом делений: промежутки в 1 Н разделены не на две, а на десять равных частей. Взвесив кольцо с муфтой вторично, получают примерно тот же результат, как и при взвешивании с самодельной шкалой.

Эта работа также оказывается удобной для формирования у учащихся представлений о погрешности средств измерений. В заключение учащиеся подробно знакомятся с устройством учебного динамометра и отвечают на следующие вопросы:

1) Из каких основных частей состоит динамометр?
2) Чему равна цена деления шкалы динамометра?
3) Чему равен верхний предел шкалы динамометра?
4) Где должен находиться указатель пружины ненагруженного динамометра?
5) Как нужно располагать динамометр при измерении силы?
6) Как следует смотреть на шкалу динамометра при измерении силы?

Изучение зависимости силы тяжести от массы тела. Оборудование: 1) динамометр; 2) набор грузов (рис. 103).

Рис. 103. Оборудование к работе

Цель работы — убедить учащихся в том, что сила тяжести в данном месте Земли пропорциональна массе тела.

При выполнении этой работы опираются на знания и умения учащихся измерять силу тяжести с помощью динамометра.

К динамометру, удерживаемому в руке вертикально, подвешивают сначала один, затем два, три и четыре груза массой по 100 г каждый. Для каждой нагрузки записывают показания динамометра (силу тяжести). В результате убеждаются, что сила тяжести, действующая на грузы, возрастает пропорционально их общей массе и направлена вертикально вниз.

Измерение сил трения покоя, скольжения и качения. Оборудование: 1) динамометр 4 Н, 1 Н; 2) набор грузов; 3) трибометр, 4) катки (карандаш и круглые) — 2 шт. (рис. 104).

Рис. 104. Измерение силы трения

Цель работы — ознакомить учащихся с измерением силы трения динамометром и показать, что сила трения не равна силе, прижимающей тело к поверхности, а чаще всего меньше ее; что она увеличивается с увеличением силы, прижимающей тело к поверхности и не зависит от площади трущихся поверхностей; выяснить разницу между силой трения покоя, силой трения скольжения и силой трения качения.

Выполняя работу, учащиеся сначала взвешивают при помощи динамометра брусок. Затем, положив брусок большой гранью на линейку (без нагрузки), тянут его равномерно динамометром и замечают по шкале положение указателя.

При измерении силы трения скольжения трудно осуществить строго равномерное движение бруска и указатель динамометра колеблется, поэтому измерять надо несколько раз и брать среднее значение из двух крайних положений указателя. В связи с этим записывать результаты измерений с указанием погрешности динамометра и отсчета не имеет смысла.

Этот опыт проводят еще 3 раза, нагружая брусок постепенно одним, двумя и тремя грузами (рис. 104, а, б). Затем кладут брусок на другую грань (рис. 104, в) и повторяют опыт в описанной выше последовательности. Из опыта убеждаются в том, что при перестановке бруска на меньшую грань сила трения скольжения не изменяется по сравнению с той, какая была найдена при соответствующей нагрузке, когда брусок лежал на линейке большой гранью.

Результаты работы записывают в следующие две таблицы:

На основе полученных результатов делают вывод: сила трения скольжения изменяется во столько раз, во сколько изменяется сила, прижимающая тело к поверхности, и не зависит от площади трущихся поверхностей.

Чтобы конкретизировать представление о силе трения покоя, учащиеся повторяют опыты, следя за постепенным увеличением силы тяги, пока брусок не сдвинется с места. Заметив максимальное показание динамометра, соответствующее силе трения покоя, сравнивают его с силой трений скольжения. Обнаруживают, что сила трения покоя всегда больше силы трения скольжения. Наконец, измеряют силу трения качения бруска по линейке трибометра.

Для этого кладут брусок с двумя грузами на два катка (круглых карандаш а) и перемещают его равномерно по столу при помощи динамометра 1 Н (рис. 104, г). Обнаруживают, что при одинаковой прижимающей силе сила трения качения меньше силы трения скольжения.