Изследване на зависимостта на ефективността на наклонената равнина от масата на повдигнатото
5
КАЧЕСТВЕНО ОПИСАНИЕ НА ПРОЦЕСА НА ПОВДИГАНЕ НА ТЯЛО ВЪРХУ ГРАВА НАКЛОНЕНА РАВНИНА
Наклонената равнина е един от простите механизми. За идеална наклонена равнина без триене е вярно „златното правило на механиката“: като извършваме механична работа, можем да получим печалба в сила толкова пъти, колкото губим по пътя:
Реалните наклонени равнини обаче се съпротивляват на движението на телата и чрез изтеглянето на тези тела по тях е необходимо да се извърши допълнителна работа срещу силите на триене. Ако теглителната сила в този случай все още се окаже значително по-малка от силата на гравитацията, действаща върху тялото, тогава е полезно да се използва наклонена равнина, въпреки че извършената работа надвишава промяната в потенциалната енергия на тялото.
Физическата величина, показваща каква част е полезната работа, необходима за повдигане на товара до височина, от общата работа, извършена, когато този товар се движи по наклонена равнина на дължина, се нарича ефективност на наклонената равнина ().
При наличие на сила на триене
МАТЕМАТИЧЕСКО ОПИСАНИЕ НА ПРОЦЕСА
ПОВДИГНЕТЕ ТЯЛОТО ВЪРХУ ГРАВ НАКЛОН
;
; (*)
Експериментално установете зависимостта на ефективността на наклонената равнина от масата на повдигнатия товар. Сравнете получените резултати с теоретичните.
Според формулата (*) ефективността на наклонената равнина не трябва да зависи от масата на повдигнатия товар, а трябва да зависи отвърху ъгъла на наклона на равнината и коефициента на триене при плъзгане.
За да изследваме интересуващите ни зависимости, е необходимо да променим един от параметрите (в нашия случай масата на товара), оставяйки останалите постоянни (в нашия случай ъгълът на наклона на равнината, вида на контактните повърхности).
Така че, установявайки как ефективността на равнината зависи от масата на повдигнатия товар, е необходимо в различни експерименти, без да променяте ъгъла на наклона на равнината и оставяйки същите контактни повърхности, да натоварите повдигнатото тяло.
За да се изчисли стойността на ефективността на наклонена равнина, ще е необходимо да се използва формулата:
където: - масата на повдигнатия товар по равнината;
е височината на наклонената равнина;
е дължината на наклонената равнина;
- теглителната сила, необходима за равномерно движение
тела нагоре по наклонена равнина.
ХАРАКТЕРИСТИКИ НА ЕКСПЕРИМЕНТАЛНАТА УСТАНОВКА
И ЕКСПЕРИМЕНТИРАТЕ
1. Когато дърпате товар върху наклонена равнина, трябва да се уверите, че показанията на динамометъра са приблизително постоянни, стойността на силата, фиксирана от него, не се променя рязко (т.е. трябва да издърпате товара равномерно).
2. При експерименти, когато се измерва теглителната сила, трябва да се използва чувствителен динамометър. Първо трябва да определите цената на разделянето му.
Ако динамометърът е предназначен не само за измерване на сили, но и на масите на телата, тогава е възможно неговата скала да е градуирана в единици за маса - грамове.
При преобразуване на показанията в нютони трябва да се изхожда от съотношенията: ; 1H=0.1kg 9.8m/s2.
Върху тяло с маса 100 g действа сила 1 N.
Върху тяло с маса 50 g действа сила 0,5 N.
3. За да получите добри стойности на ефективностпрепоръчително е да се използват значително различни стойности на височините на наклонената равнина и масите на повдигнатия товар. Колкото по-голяма е разликата между тези стойности, толкова по-ясна ще бъде зависимостта на ефективността от съответните параметри.
4. За да предотвратите преобръщане на лентата при движение, по-добре е да инсталирате кофа с товар в най-крайния отвор на лентата (както е показано на диаграмата):
Ако кофата изскочи от дупката, можете да я поправите с пластилин.
1. Направете наклонена равнина от предложеното оборудване, както е показано на фигурата.
2. Изследвайте зависимостта на ефективността на наклонената равнина от масата на тялото, като го натоварите с набор от тежести, като използвате формулата (**).
Въведете данните в таблицата:
, килограма
, м
, м
, Н
3. Изградете експериментална графика на зависимостта на ефективността от масата на повдигнатия товар.