Градуювання пружини й визначення ваги тіла з допомогою динамометра

Мета роботи — навчитися градуювати пружину, виготовляти шкалу з ціною поділки 10г і за її допомогою визначати вагу тіла.

Прилади і матеріали — динамометр, шкалу якого закрито папером, набір тягарців масою по 100г, штатив з муфтою, лапкою і кільцем.

 

Вказівки до роботи.

1. Закріпіть динамометр із закритою шкалою вертикально в ланці штатива. Позначте горизонтальною рисочкою початкове положення покажчика динамометра: — це буде нульова поділка шкали.

2. Підвісьте до гачка динамометра тягарець масою 100г. Нове положення покажчика динамометра також позначте горизонтальною рискою на папері.

З. Підвішуйте до динамометра другий, третій і четвертий тягарці такої самої маси /100г/, щоразу позначаючи рисочками на папері положення покажчика /мал.37/.

4. Зніміть динамометр із штатива і проти горизонтальних рисочок, починаючи з верхньої, поставте числа 0,100,200,300,400. Над. числом 0 пишіть г.

5. Виміряйте відстані між сусідніми рисочками. Чи однакові вони?

6. Відстані 0-100. І00-200, 200-300, 300-400 поділіть на 10 рівних частин. Ціна поділки буде 10г.

7. Виміряйте проградуйованим динамометром вагу кільця від штатива, лапки штатива, інших твердих тіл.

СИЛА ТЕРТЯ

 

Санчата, спустившись з гори, на горизонтальному шляху зменшують свою швидкість і нарешті зупиняються. Хлопчик, розбігшись, ковзає по льоду, але, який би не був гладенький лід, хлопчик усе-таки зупиняється., Зупиняється і велосипед, коли велосипедист припиняє обертати педалі. Зупиняється верстат, коли вимкнути двигун. У всіх випадках зменшується швидкість. Але ми знаємо, що причиною зміни швидкості є сила.

Сила, яка виникла під час руху одного тіла по поверхні іншого, прикладена до рухомого тіла і напрямлена проти руху, називається силою тертя. /мал. 81а/.

Однією з причин виникнення сили тертя є шорсткість поверхонь стичних тіл. Навіть гладенькі на вигляд поверхні мають нерівності, горбики і подряпини. На малюнку І9а ці нерівності зображено у збільшеному вигляді. Коли одне тіло ковзав або котиться по поверхні іншого, ці нерівності зачіпаються одна за одну і створюють силу, яка затримує рух.

Інша причина тертя у гладеньких тіл — взаємне притягання молекул стичних тіл. Але про це ми дізнаємося пізніше.

Тертя можна зменшити в кілька разів, якщо ввести між тертьовими поверхнями мастило /мал. 82б/

При русі саней і лиж по поверхні снігу виникає тертя ковзання.

При русі коліс, перекочуванні круглих колод, бочок виникає тертя кочення.

Проведемо дослід. Поставимо на стіл дерев'яний брусок і будемо його перетягати, прикріпивши до нього динамометр. Запишіть покази динамометра. Цей самий брусок поставимо на два круглі олівці. Запишіть покази динамометра, ми переконались, що сила тертя кочення завжди менша за силу тертя ковзання. /мал. 83/. Тому для переміщення вантажів використовують котки.

Для зменшення тертя замінюють тертя ковзання тертям кочення.

Тертя спокою. Коли тіло перебуває у спокою на похилій площині, воно вдержується на ній силою тертя. Тертя перешкоджає тілу зсунутися з місця. Такий вид тертя називається тертям спокою.

Пересунути меблі досить важко, бо перешкоджає сила тертя спокою. Сила тертя спокою існує між ведучими колесами автомобіля і дорогою, ведучими колесами локомотива і рейками, між ногами людини і грунтом при ходьбі і т.д.

При великій! ожеледі тертя спокою зменшується і ведучі колеса автомобіля буксують, а при ходьбі ноги починають дуже ковзати. У даному випадку силу тертя спокою треба збільшити. Дорогу посипають піском.

На мал. 84 зображено транспортер, за допомогою якого піднімають паки (тюки) з бавовною. Паки вдержуються на стрічці транспортера силою тертя спокою.

Сила тертя спокою вдержує цвях, забитий у дошку, не дає розв’язатися банту на стрічці, вплетеній в косу, вдержує одяг на тілі людини і т.д. Тертя потрібне між стрічкою транспортера і тілами, які рухаються по ньому, між ведучими колесами транспортних засобів і дорогою, між шківом і пасом у різних машинах і верстатах. У названих прикладах тертя в корисним.

Людина старається збільшити тертя. Поверхню шин для автомобіля роблять з ребристими виступами /мал. 85/, а коли зимою дорога слизька, на ведучі колеса надівають спеціальні ланцюги. У свердлильному верстаті, який є у шкільній майстерні, обертальний рух від двигуна до свердла передається за допомогою паса. Щоб пас не проковзував на шківах, мого змащують спеціальною липкою пастою. Це збільшує тертя між пасом і шківами.

У багатьох рослин і тварин в різні органи призначені для хапання (вусики рослин, хобот слона, язик копитних тварин, чіпкі хвости лазячих тварин). Усі вони мають шорстку поверхню для збільшення тертя.

В усіх машинах внаслідок тертя нагріваються і спрацьовуються рухомі частини. Таке тертя шкідливе, його треба зменшувати.

Щоб зменшити тертя, стичні поверхні роблять гладенькими, між ними вводять мастило. Щоб зменшити тертя обертових валів машин і верстатів, їх установлюють на підшипниках. Деталь підшипника, яка безпосередньо стикається з валом, називають вкладишем. Вкладиші виготовляють з твердих матеріалів — бронзи, чавуну або сталі, — внутрішню поверхню їх покривають особливими матеріалами, найчастіше бабітом (це сплав свинцю або олова з іншими матеріалами) і змащують. На малюнку 86 зображено підшипник, у якому вал під час обертання ковзає по поверхні вкладиша. Такі підшипники називаються підшипниками ковзання. Запам’ятайте, що мастила зменшують тертя у 8-10 раз.

Часто тертя ковзання замінюють тертям кочення — застосовують кулькові і роликові підшипники. У таких підшипниках обертовий вал не ковзає по нерухомому вкладишу підшипника, а котиться по ньому на стальних кульках або роликах. Заміна в машинах підшипників ковзання кульковими або роликовими підшипниками дає можливість зменшити силу тертя в 20-30 раз.

Будову найпростіших кулькового і роликового підшипників зобра­жено на мал. 87. Внутрішнє кільце підшипника, виготовлене з твердої сталі, насаджене на вал, а зовнішнє — закріплене в корпусі машини. Під час обертання вала внутрішнє кільце котиться по кульках або роликах, що містяться між кільцями.

Кулькові і роликові підшипники використовують у різних машинах: автомобілях, токарних верстатах, сільськогосподарських машинах, електричних двигунах, велосипедах /мал. 88,89/.

1. Які відомі вам спостереження й досліди показують, що існує тертя?

2. Яку силу називають силою тертя?

3. У чому причина тертя?

4. Яке мастило впливає на силу тертя? Поясніть це.

5. Які види тертя ви знаєте?

6. Як показати на дослідах, що при однакових навантаженнях сила тертя ковзання буде більша за силу тертя кочення? Як це використовується у техніці?

7. Яка сила утримує тіло на похилій площині?

8. Чому стіл зсувається з місця тільки під дією певної сили? Наведіть приклади практичного використання сили тертя спокою.

9. Наведіть приклади, які показують, що тертя може бути корисним. Яке значення тертя на транспорті?

10. Наведіть приклади, які показують, що тертя може бути шкідливим.

11. Які способи збільшення і зменшення тертя ви знаєте?

12. Як побудований підшипник ковзання?

13. Як побудований кульковий підшипник?

14. Який з них помітніше зменшує тертя?

 

ТИСК

 

По пухкому снігу людині йти важко, вона глибоко провалюється при кожному кроці /мал. 90/. Але надівши лижі, можна йти по снігу, майже не провалюючись у нього. Чому? На лижах або без лиж людина діє на сніг з тією самою силою, що дорівнює її вазі. Проте дія цієї сили в обох випадках неоднакова, бо різна площа поверхні, на яку тисне людина на лижах і без них. Площа поверхні лиж у кілька разів більша за площу підошви. Тому, стоячи на лижах, тиснемо на кожний квадратний сантиметр поверхні снігу із силою, у кілька разів. меншою ніж тоді, коли стоїмо на снігу без лиж.

Приколюючи кнопками до дошки оголошень якесь повідомлення, ми діємо на кожну кнопку з однаковою силою. Проте кнопка, що має гострий кінець, легше входить в дерево.

Отже, результат дії сили залежить не тільки від її величини, а й від площі тієї поверхні, перпендикулярно до якої вона діє.

На підтвердження сказаного проведемо такі досліди. На краях невеликої дошки забивають цвяхи. Дошку з цвяхами, повернутими вістрям угору, встановлюють на пісок і на дошку кладуть гирю /мал. 91/ Головки цвяхів тільки трохи занурюються в пісок. Потім дошку перевертають і ставлять цвяхи на вістря /мал. 92/ і теж кладуть гирю. У цьому разі площа опори менша, і під дією тієї самої сили цвяхи значно більше заглиблюються в пісок.

У кожному з розглянутих випадків (кнопки, лижник, цвяхи) сили діяли перпендикулярно до поверхні.

Тиском називається сила (вага), яка діє перпендикулярно на кожну одиницю площі.

                                                 

Важкий гусеничний трактор масою десятки тисяч кілограмів чинить на грунт тиск усього в 2-3 рази більший, ніж хлопчик 40-50 кг. Це тому, що вага трактора розподіляється на велику площу. А ми встановили, що чим більша площа опори, тим менший тиск чинить та сама сила на цю опору.

Щоб зменшити тиск на грунт будинку, збільшують площу нижньої частини фундаменту.

Шини вантажних автомобілів і шасі літаків роблять значно ширшими, ніж легкових /мал. 93/.

Важкі машини, такі як трактор, танк, снігоболотохід /мал. 94/, маючи велику опорну площу гусениць, проходять по такій болотній місцевості, по якій не пройде людина.

При малій площі поверхні невеликою силою можна створити великий тиск.

При вдавлюванні кнопки в дерево створюється тиск у 1000 раз більший від тиску, що його чинить гусеничний трактор на грунт.

Леза різальних і вістря колючих інструментів (ножів, ножиць, різців, пилок, голок тощо) добре вигострюються. Гостре лезо має маленьку площу, тому навіть від малої сили створюється великий тиск, і таким інструментом легко працювати.

Завдання.

1. Обчисліть тиск цеглини на пісок різними по площі гранями. Не забудьте, що визначаючи тиск ділять вагу на площу опори.

2. Чи однаковий тиск чинять на стіл три цеглини, розміщені так, як показано на малюнку 95.

3. Чому людина, що йде на лижах, не провалюється у сніг?

4. Чому гостра кнопка легше входить в дерево, ніж тупа?

5. Що називають тиском?

6. Як визначають тиск?

7. Які одиниці тиску ви знаєте?

8. Для чого лопати, сапи загострюють?

9. Для чого в сільськогосподарських машинах роблять колеса з широкими ободами?

10. Чи є якась різниця між тиском людини на підлогу, коли вона стоїть і коли ходить? Поясніть,

 

ЕЛЕМЕНТИ СТАТИКИ

МОМЕНТ СИЛИ

 

Відділ механіки, який вивчає умови, при яких настає рівновага сил, що діють на тіло, називається статикою (від грецького слова “статос”, що означає стоячий).

Кімнатні двері можуть повертатися навколо вертикальної осі. Натиснувши на двері рукою недалеко від осі обертання, ми помітимо, що для того, щоб таким способом відкрити їх, треба прикласти значне зусилля. Навпаки, двері відкриваються легко, якщо діяти на них на великій відстані від осі. Через те і ручка на дверях укріплюється далеко від осі обертання /мал. 96/.

Ми побачили, що обертова дія сили залежить не лише від вели­чини сили, а й від віддалі від осі до точки прикладання сили.

Довжина перпендикуляра, проведеного від осі обертання до прямої, що збігається з напрямом дії сили, називається плечем сили.

Якщо тягти за ручку дверей так, щоб пряма, яка збігається з напрямом сили, проходила через вісь обертання, то двері не обертатимуться. В цьому випадку величина плеча сили дорівнює нулеві і сила не виконує ніякої обертової дії.

Обертова дія сили тим більша, чим більша величина сили і чим більше плече сили.

Величина, що дорівнює добуткові сили на її плече, називається моментом сиди.

На малюнку 97 показано як робітник відкручує гайку за допомогою гайкового ключа. Він прикладає силу Р. Відстань від осі до точки прикладання сили — плече сили. Момент сили дорівнює добутку сили на плече, тобто Р х l

Нехай маємо деяке тіло, яке не може рухатись поступально. Воно має вісь обертання. Нехай це тіло прибите цвяхом до стіни. Під дією якихось сил F₁ i F₂ /мал. 98/ воно може обертатись за стрілкою годинника або проти неї навколо осі О. У даному випадку сила F₁ має плече ОА. Момент сили F₁ х ОА. Сила F₂ мас плече ОВ. Момент цієї сили F₂ х 0В.

На дослідах доведено, що тіло, яке може обертатися навколо закріпленої осі, перебуває у рівновазі, якщо момент сили, що обертає тіло за стрілкою годинника, дорівнює моменту сили, що обертає тіло проти стрілки годинника.

Такі досліди ми проведемо на наступному уроці.

1. Що називається плечем сили?

2. Показати плечі сил на малюнках 96, 97, 98.

3. Що називається моментом сили?

4. Як знайти момент сили?

5. Знайдіть моменти сиди на малюнках 96, 97, 98.

6. Знайдіть моменти сил F₁ i F₂ на малюнку 99.