Лаб. 5. Изучение неподвижного и подвижного блоков
1.
а) Закрепите блок в лапке штатива. Нить с петлями на концах перекиньте через блок (рис. 1). Зацепите за правую петлю нити динамометр, а за левую — груз массой т и, удерживая его в равновесии, снимите и занесите в таблицу 1 показания $F_1$ динамометра и вес ($P = gm$) груза (коэффициент $g$ примите равным 10).
№ опыта | Показания $F_1$ | Вес $P$ груза | Выигрыш в силе |
1 | 1 | 1 | 1 |
2 | 2 | 2 | 1 |
3 | 4 | 4 | 1 |
б) Повторите опыт с двумя и четырьмя грузами. Вычислите и занесите в таблицу 1 отношение $\dfrac{P}{F_1}$ для всех опытов и сделайте вывод о выигрыше в силе при использовании неподвижного блока.
Вычисления.
$\dfrac{P}{F_1} = \dfrac{1}{1} = 1;$ $\dfrac{P}{F_1} = \dfrac{2}{2} = 1;$ $\dfrac{P}{F_1} = \dfrac{4}{4} = 1$.
г) Повторите опыт с двумя и четырьмя грузами. Вычислите и занесите в таблицу 2 отношение $\dfrac{P}{F_2}$ и сделайте вывод о выигрыше в силе, который дает подвижный блок.
Таблица 2
№ опыта | Показания $F_2$ | Вес $P$ груза | Выигрыш в силе |
1 | 0,8 | 1 | 1,25 |
2 | 1,6 | 2 | 1,25 |
3 | 2,3 | 4 | 1,7 |
Вычисления.
$\dfrac{P}{F_2} = \dfrac{1}{0.8} = 1.25,$
$\dfrac{P}{F_2} = \dfrac{2}{1.6} = 1.25,$
$\dfrac{P}{F_2} = \dfrac{4}{2.3} = 1.7.$
з) Вычислите работу $A_1$ силы веса груза $P = F_т = 4gm$ и работу $A_2$ силы упругости $F_2$ пружины динамометра. Полученные значения занесите в таблицу 3. Сравните $A_1$ и $A_2$, сделайте вывод.
$A_1 = 4 · 10$ Н/кг $· 0.1 = \dfrac{16}{10} = 1.6,$
$A_2 = 2 · 0.5 = 1.$
Таблица 3
Вес $P$ груза, Н | 4 |
Показания $P_2$ динамометра, Н | 2 |
Выигрыш в силе $\dfrac{P}{F_2}$ | 2 |
Высота $h_1$ подъема оси блока, м | 0,1 |
Высота $h_2$ подъема динамометра, м | 0,5 |
Работа $A_1$ силы веса груза ($A_1 = 4gmh_1$), Дж | 1,6 |
Работа $A_2$ силы упругости пружины динамометра | 1 |
2. Ответы на контрольные вопросы
а) Чем отличается подвижный блок от неподвижного?
Подвижный блок отличается от неподвижного тем, что первый даёт выигрыш в силе. Также в неподвижном блоке ось блока не закреплена.
б) Как изменились бы результаты опытов а, б, в, г, если бы блоки имели большую массу (были изготовлены из металла)?
в) В чем заключается смысл «золотого правила механики»?
Если механизм даёт выигрыш в силе в несколько раз, то во столько же раз даёт проигрыш в пути.
3. Суперзадание
Будет ли одинаковым КПД подвижного блока при подъеме одного, двух, трех, четырех грузов? Ответ обоснуйте.
Да, КПД будет одинаковым при условии, что масса грузов будет одинаковой и высота.