Тема № 12 статика Введение

Цель работы – овладеть основными приемами демонстраций правил сложения сил.

Научиться определять принадлежность демонстраций к конкретной школьной теме 7-9 классов и 10-11 классов, используя нормативные документы (федеральный компонент государственного образовательного стандарта общего образования), рекомендованные учебники физики для образовательных учреждений, программы по физике.

В опытах по сложению и разложению сил используются балки, рычаги, наклонные плоскости, диски, валы, гири различного веса. Для крепления и подвешивания этих тел имеются различные приспособления – штативы, струбцины, блоки, рамы и другие конструкции.

Большинство опытов по статике служат для определения количественной зависимости между силами. Демонстрационное измерение сил наиболее удобно производить с помощью динамометра конструкции Дубова и Кузьмина, изготовленного в виде круглого металлического кожуха. На одной его стороне находится циферблат со стрелкой, а на другой – коробка, внутри которой заключен механизм.

Механизм состоит из двух спиральных пружин, надетых на ось, и зубчатой рейки, связывающей эти оси и сцепленной с шестерней, к которой прикреплена металлическая стрелка. Концы осей выведены из коробки в противоположные стороны. Под действием силы рейка перемещается и вращает шестерню вместе со стрелкой по направлению или против движения стрелки часов. Шкала циферблата рассчитана на предельную нагрузку 1,2 кг и разбита на 12 делений по 100 граммов каждое. Для предохранения стрелки и циферблата от повреждений имеется стеклянный диск, закрепленный на динамометре специальной пружиной.

Циферблат может с незначительным трением вращаться относительно кожуха и стрелки, что дает возможность быстро и удобно устанавливать стрелку на ноль шкалы.

Динамометр укрепляют на стойке штатива с помощью стержня. Крепление стержня с динамометром резьбовое, разъемное. Для крепления нитей, установки грузов, балок применяются насадки – блоки, столики и призмы, которые крепятся на стержне динамометра. В комплект демонстрационного динамометра входят два динамометра, модель двутавровой балки, два диска, два столика, две призмы, крючки. Грузами служат стальные цилиндры массой по 100 г с двумя крючками, за которые подвешивают их друг к другу. Обычные гири рекомендуется подвешивать при помощи затяжной петли, наброшенной на шейку гири.

В некоторых демонстрациях можно использовать трубчатые динамометры. Желательно к ним прикреплять шкалу с крупными, хорошо различаемыми делениями.

Выполнение практических заданий Сложение сил, действующих по прямой линии

Задание 1. Ознакомьтесь на приборе с устройством демонстрационного динамометра.

Оборудование: демонстрационный динамометр.

Разберите динамометр на отдельные части. Выясните назначение призм, столиков, корректора.

Примечание. Чтобы вынуть стекло, во избежании порчи циферблата, стрелки и стекла необходимо равномерно и осторожно отжать пружину гладким деревянным бруском, имеющим заострение.

Рис. 23.

Задание 2. Покажите, что результат действия силы на твердое тело не изменяется, если ее точку приложения перенести вдоль линии действия силы.

Оборудование: демонстрационный динамометр, гиря.

Соберите установку по рис. 23. Отметьте показания динамометра. Подвесьте гирю с помощью петли на нижний крючок динамометра. Укажите, где точка приложения упругой силы пружины динамометра в первом и во втором случае.

Определите, есть ли ошибки в рис. 23.

Задание 3. Продумайте и осуществите демонстрацию, показывающую, что вывод предыдущего задания справедлив и для равномерно движущегося тела.

Оборудование: демонстрационный динамометр, деревянный брусок.

Примечание: Динамометр в этом случае отметит величину силы тяги, уравновешенной силой трения скольжения.

Задание 4. Продемонстрируйте сложение двух сил, действующих на тело по одной прямой в одну сторону и в разные стороны.

Оборудование: демонстрационные динамометры с насадками.

Продумайте демонстрацию для случая, когда есть в наличии различные кухонные весы.

Ответьте на вопросы:

1) Как на основе этих опытов дать учащимся понятие о равнодействующей и уравновешивающих силах?

2) Как осуществить опыты в задании 4, если силы действуют не в вертикальном направлении?

3) Почему в демонстрациях по сложению сил необходимо пользоваться блоками с малым трением?

4) Нуждаются ли опыты заданий 2-4 в дополнительных приемах улучшения видимости?

5) Объясните, почему в опытах с использованием блоков момент инерции блока незначительно влияет на точность показания динамометра?