Как найти силу тяжести с помощью динамометра

Сила тяжести. Вес

  1. Движение тел вблизи поверхности Земли
  2. Сила тяжести
  3. Вес тела
  4. Невесомость
  5. Задачи
  6. Лабораторная работа №7. Градуирование шкалы динамометра и измерение силы тяжести

п.1. Движение тел вблизи поверхности Земли

Вблизи поверхности Земли все тела, предоставленные самим себе, падают вниз, независимо от направления начальной скорости.

Такое движение тел называют свободным падением.

п.2. Сила тяжести

Многочисленные эксперименты показали, что в свободном падении все тела вблизи поверхности Земли падают с одинаковым ускорением (overrightarrow{g}), которое направлено вниз, к центру Земли.

В системе отсчета, связанной с Землей, на любое тело массой (m) действует сила тяжести $$ overrightarrow{F_{text{тяж}}}=m overrightarrow{g} $$

Сила тяжести Сила тяжести прямо пропорциональна массе тела.
Точка приложения силы тяжести – центр масс тела.
Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз, к центру Земли.

Измерения показывают, что на средних географических широтах ускорение свободного падения (gapprox 9,81 text{м/с}^2). Т.е., скорость при падении увеличивается на (9,81 text{м/с}) каждую следующую секунду.

В общем случае, ускорение свободного падения зависит от широты рассматриваемого места, высоты над уровнем моря, времени суток и ещё нескольких более «тонких» факторов.
Самое низкое значение (g_{min}approx 9,7639 text{м/с}^2) зарегистрировано в Перу, на горе Уаскаран (1000 км южнее экватора).
Самое высокое значение (g_{max}approx 9,8337 text{м/с}^2) получено в 100 км от северного полюса.

В школьных задачах, если другое не оговорено, для вычислений используют приблизительное значение (gapprox 10 text{м/с}^2).
Стандартное значение, используемое для лабораторных измерений и расчетов, равно (g=9,80665 text{м/с}^2).

п.3. Вес тела

Если подвесить тело или положить его на опору, сила тяжести, действующая на тело, будет уравновешена силой, которую называют силой реакции подвеса или силой реакции опоры.

Т.к. силы уравновешивают друг друга, выполняется соотношение $$ moverrightarrow{g}=-overrightarrow{N} $$ где (moverrightarrow{g}) — сила тяжести, (overrightarrow{N}) — реакция подвеса или опоры.

По третьему закону Ньютона, если подвес или опора действуют на тело с силой (overrightarrow{N}), то и тело действует на подвес или опору с силой (overrightarrow{P}=-overrightarrow{N})

Вес тела – это сила, с которой тело действует на подвес или опору.

Получаем, что (overrightarrow{P}=moverrightarrow{g}), вес и сила тяжести равны по величине и направлению, но приложены к разным точкам: сила тяжести – к центру масс тела, вес – к подвесу или опоре.

По своей природе реакции подвеса или опоры являются силами упругости: под действием веса тела подвес или опора деформируются, и силы упругости стремятся восстановить их форму и размеры.

Равенство (overrightarrow{P}=moverrightarrow{g}) выполняется, если подвес или опора покоятся или движутся относительно Земли прямолинейно и равномерно.

Если движение подвеса или опоры равноускоренное с ускорением (overrightarrow{a}ne 0), то (overrightarrow{P}ne moverrightarrow{g}), вес будет больше (при (overrightarrow{a}) направленном вверх) или меньше (при (overrightarrow{a}) направленном вниз) силы тяжести. Подробней этот случай будет рассмотрен в курсе физики для 9 класса.

п.4. Невесомость

Если опора свободно падает вместе с телом, то под действием силы тяжести каждая частица опоры и тела двигается вниз с одним и тем же ускорением (overrightarrow{g}). Ни в опоре, ни в теле не возникают сжатия или растяжения, нет сил упругости, а значит, вес тела равен нулю.

Состояние, при котором в свободно падающих телах исчезают деформации и взаимные давления частиц тел друг на друга, называют невесомостью.

Состояние невесомости можно испытать, если подпрыгнуть – с момента отрыва от земли до момента приземления. В первые моменты прыжка до раскрытия парашюта, парашютисты также находятся в состоянии невесомости.

Движение космического корабля по орбите вокруг Земли представляет собой непрерывное свободное падение, поэтому космонавты испытывают состояние невесомости в течение всего полета, кроме тех моментов, когда передвигаются по кораблю или включают двигатели для маневрирования.

п.5. Задачи

Задача 1. Какой вес имеет человек массой 65 кг, который стоит на земле?

Дано:
(m=65 text{кг})
(gapprox 10 text{м/с}^2)
__________________
(P-?)

Вес равен силе тяжести (P=mg) $$ Papprox 65cdot 10=650 (text{Н}) $$ Ответ: 650 Н

Задача 2. Парашютист равномерно опускается на землю. Сила сопротивления воздуха 900 Н. Масса парашюта 15 кг. Найдите массу парашютиста.

Дано:
(F_{text{сопр}}=900 text{Н})
(m_1=15 text{кг})
(gapprox 10 text{м/с}^2)
__________________
(m_2-?)

Задача 2
На раскрытый парашют действуют две силы: сила сопротивления воздуха, направленная вверх, и суммарный вес (парашюта и парашютиста), направленный вниз.
Т.к. движение равномерное, ускорение (a=0). Значит, вес равен силе тяжести, и begin{gather*} F_{text{сопр}}=P=F_{text{т}}=(m_1+m_2)g\[6pt] m_1+m_2=frac{F_{text{сопр}}}{g}Rightarrow m_2=frac{F_{text{сопр}}}{g}-m_1 end{gather*} Подставляем $$ m_2=frac{900}{10}-15=75 (text{кг}) $$ Ответ: 75 кг.

Задача 3. На сколько сантиметров растянется пружина жесткостью k=267 Н/м, если подвесить к ней медный брусок размерами 5 см х 6 см х 10 см. Плотность меди 8900 кг/м3.

Дано:
(V=5 text{см}times 6 text{см}times 10 text{см}=300 text{см}^3=3cdot 10^{-4} text{м}^3)
(rho=8900 text{кг/м}^3)
(k=1000 text{Н/м})
(gapprox 10 text{м/с}^2)
__________________
(m_2-?)

Задача 3
Вес бруска равен силе тяжести и уравновешивается силой упругости: begin{gather*} mg=F_{text{упр}}=kDelta lRightarrow Delta l=frac{mg}{k}, m=rho V\[6pt] Delta l=frac{rho Vg}{k} end{gather*} Получаем: $$ Delta l=frac{8900cdot 3cdot 10^{-4}cdot 10}{267}=0,1 (text{м}=10 (text{см}) $$ Ответ: 10 см.

Задача 4*. При подвешивании гирьки массой 450 г пружина динамометра растягивается до 8 см. А при подвешивании гирьки массой 300 г – до 6 см. Найдите длину пружины динамометра без груза (ответ запишите в см).

Дано:
(m_1=450 text{г}=0,45 text{кг})
(l_1=8 text{см}=0,8 text{м})
(m_2=300 text{г}=0,3 text{кг})
(l_2=6 text{см}=0,6 text{м})
__________________
(l_0-?)

Задача 4
Вес гирьки равен силе тяжести и уравновешивается силой упругости: begin{gather*} mg=F_{text{упр}}=kDelta lRightarrow k=frac{mg}{Delta l} end{gather*} где (Delta l=l-l_0) – растяжение пружины.
Жесткость пружины begin{gather*} k=frac{m_1g}{Delta l_1}=frac{m_1g}{l_1-l_0}, k=frac{m_2g}{Delta l_2}=frac{m_2g}{l_2-l_0}\[6pt] frac{m_1g}{l_1-l_0}=frac{m_2g}{l_2-l_0} Rightarrow frac{m_1}{l_1-l_0}=frac{m_2}{l_2-l_0} Rightarrow m_2(l_2-l_0)=m_2(l_1-l_0)\[6pt] m_1l_2-m_1l_0=m_2l_1-m_2l_0 Rightarrow m_1l_2-m_2l_1=(m_1-m_2)l_0\[6pt] l_0=frac{m_1l_2-m_2l_1}{m_1-m_2} end{gather*} Получаем $$ l_0=frac{0,45cdot 0,06-0,3cdot 0,08}{0,45-0,3}=frac{0,027-0,024}{0,15}=0,02 (text{м}=2 (text{см}) $$ Ответ: 2 см.

п.6. Лабораторная работа №7. Градуирование шкалы динамометра и измерение силы тяжести

Цель работы
Исследовать зависимость силы упругости от величины деформации. Изготовить шкалу динамометра. Измерить силу тяжести для двух тел неизвестной массы; рассчитать их массу.

Теоретические сведения

Лабораторная работа №7 При подвешивании груза на пружину, его вес уравновешивается силой упругости. Для неподвижной пружины вес равен силе тяжести.
Получаем $$ P=F_{text{т}}=mg=F_{text{упр}} =kDelta l $$ Удлинение пружины $$ Delta l=frac gk m $$ При постоянном ускорении свободного падения (g) и постоянной жесткости (k), удлинение прямо пропорционально массе подвешенного груза.

В данной работе считаем, что грузу массой 100 г соответствует показание динамометра (F=1 text{Н}), т.е. (overline{g}=frac{1 text{Н}}{100 text{г}}=10frac{text{Н}}{ text{кг}}=10frac{ text{м}}{ text{с}^2}). Более точное стандартное значение (g_0=9,80665frac{ text{м}}{ text{с}^2})

Ошибка метода, связанная с величиной (g) $$ delta_g=frac{|overline{g}-g_0|}{g_0}approx 0,02=2text{%} $$ Тогда грузу массой 200 г соответствует показание 2 Н, 300 г – 3 Н и т.д.

После градуирования в целых значениях Н на динамометре наносятся промежуточные деления с ценой деления (d=0,1 text{Н}).

Ошибка градуирования определяется как степень отклонения от равномерности шкалы, (delta_{text{шк}}).

Теперь с помощью полученного прибора можно непосредственно измерять силу тяжести, действующую на тела. Ошибка метода при определении сил равна сумме (delta=delta_g+delta_{text{шк}}).

Т.к. шкала изготовлена для (overline{g}=10frac{ text{м}}{ text{с}^2}), массу тел находим по формуле (m=frac{F}{overline{g}}), где (F) — показание динамометра. При этом ошибка метода равна (delta=delta_{text{шк}}), т.к. ошибка (delta_g) нивелируется за счет пропорциональности массы и растяжения пружины.

Таким образом, за счет сокращения (overline{g}), полученный прибор позволяет точнее измерять массы по сравнению с измерениями сил.

Приборы и материалы
Лабораторный динамометр на 5Н со шкалой, закрытой чистой бумагой; набор грузиков по 100 г; линейка; карандаш; 2 тела неизвестной массы.

Ход работы
1. Закрепите динамометр в штативе.
2. Подвесьте грузик массой 100 г, сделайте отметку 1Н на шкале.
3. Сделайте отметки 2Н, 3Н, 4Н и 5Н для грузов 200 г, 300 г, 400 г и 500 г соответственно.
4. Снимите динамометр со штатива и проверьте с помощью линейки, насколько равномерной получилась шкала. Оцените относительную ошибку (delta_{text{шк}})
5. С помощью линейки нанесите по 10 промежуточных делений между основными делениями шкалы.
6. Снова закрепите динамометр в штативе и проведите измерения силы тяжести для двух тел неизвестной массы. Найдите абсолютную и относительную погрешность измерений.
7. Рассчитайте массы для обоих тел. Найдите абсолютную и относительную погрешность расчетов. 8. Сделайте выводы.

Результаты измерений и вычислений

Расчетная таблица для оценки равномерности шкалы

Отрезок шкалы Длина отрезка, мм (|x-x_{text{ср}}|)
0-1 Н 25 0
1-2 Н 25 0
2-3 Н 26 1
3-4 Н 24 1
4-5 Н 25 0
Всего 125 2

Средняя длина отрезка $$ x_{text{ср}}=frac{125}{5}=25 (text{мм}) $$ Среднее линейное отклонение $$ Delta =frac 25=0,4 (text{мм}) $$ Цена деления линейки (d_{text{л}}=1 text{мм}), абсолютная погрешность измерений (Delta_{text{л}}=0,5 text{мм})
Т.к. (Delta_{text{л}}gt Delta), принимаем погрешность равномерности шкалы (Delta=Delta_{text{л}}=0,5 text{мм})
Относительная погрешность равномерности шкалы $$ delta_{text{шк}}=frac{0,5}{25}=0,02=2text{%} $$

Относительная погрешность равномерности шкалы

Показание динамометра
(F, text{Н})		 Ошибка метода
(delta=delta_g+delta_{text{шк}}, text{%})		 Абсолютная погрешность
(Delta F=deltacdot F, text{Н})
1-е тело 2,7 4% 0,11 ≈ 0,1
2-е тело 1,9 4% 0,08 ≈ 0,1

Цена деления динамометра (d=0,1 text{Н}); погрешность прямых измерений (Delta_0=frac d2=0,05 text{Н})

Полученные абсолютные погрешности больше (Delta_0).

Сила тяжести для первого тела (F_1=(2,7pm 0,1) text{Н}, delta=4text_%)

Сила тяжести для второго тела (F_2=(1,9pm 0,1) text{Н}, delta=4text_%)

Расчет массы $$ m=frac{F}{10} (text{кг})=100F (text{г}) $$

Масса
(m=100F, text{г})		 Ошибка метода
(delta=delta_{text{шк}}, text{%})		 Абсолютная погрешность
(Delta m=deltacdot m, text{г})
1-е тело 270 2% 5
2-е тело 190 2% 4

Масса первого тела (m_1=(270pm 5) text{г}, delta=2text{%})

Масса второго тела (m_2=(190pm 4) text{г}, delta=2text{%})

Выводы
На основании проделанной работы можно сделать следующие выводы.

Для градуирования динамометра в ньютонах использовалось значение $$ overline{g}=10 frac{text{м}}{text{с}^2} $$

По сравнению со стандартным значением (g_0=9,80665 text{м/с}^2) это приводит к вкладу в ошибку метода (delta_gapprox 2text{%}).

При градуировании равномерность шкалы дала составляющую ошибки метода (delta_{text{шк}}=2text{%}).

При определении силы тяжести с помощью полученного динамометра ошибка метода равна сумме (delta+delta_g+delta_{text{шк}}=4text{%}).

Для двух тел неизвестной массы были получены следующие значения сил тяжести: $$ F_1=(2,7pm 0,1) text{Н}, F_2=(1,9pm 0,1) text{Н}, delta=4text{%} $$

При расчете массы по формуле (m=frac Fg), ошибка (delta_g) нивелируется за счет пропорциональности растяжения пружины. Ошибка метода уменьшается (delta=delta_{text{шк}}=2text{%}).

Получаем следующие значения масс: $$ m_1=(270pm 5) text{г}, m_2=(190pm 4) text{г}, delta=2text{%} $$ Таким образом, полученный в ходе работы динамометр позволяет измерять силы тяжести в интервале от 0 до 5 Н с погрешностью 4% и рассчитывать массы тел в интервале от 0 до 500 г с погрешностью 2%.

Источник

Динамометром называют устройство для измерения силы; пружину, проградуированную пропорционально воздействующей на неё силе.

Опишем устройство динамометра.

  1. Корпус для крепления пружины.

  2. Шкала, нанесённая на корпус.

  3. Пружина из стали с крючком и указателем.

Для градуировки подвешивают груз известной массы, например, (102) грамм. Пружина растягивается под действием веса груза (vec{P}).

динамометр.svg

Рис. (1). Динамометр без груза и с грузом

На нижний конец пружины ставят стрелку-указатель, а на корпус наносят шкалу.

  1. Нулевую отметку ставим в положении, когда пружина не растянута: на неё не действует вес груза.

  2. Подвесим груз массой (102) г. Вес груза, растягивающий пружинку, составит:

    P=m⋅g=0,102кг⋅9,8Н кг ≈1 Н

    .

  3. Отметим положение указателя и запишем значение (1) Н на шкале динамометра.

  4. Подвесив ещё один груз массой (102) г, увеличим силу воздействия на пружину (вес) до (2) Н.

  5. Отметим новое положение указателя значением (2) Н.

  6. Добавляя грузы, закончим градуировку динамометра до конца шкалы.

Для измерения десятых долей ньютона нужно расстояния между отметками (0) и (1), (1) и (2), (2) и (3) и т. д. разделить на (10) равных частей.

С помощью динамометра измеряют силу тяжести, силу упругости, силу трения и другие силы при обосновании их взаимосвязи с весом груза.

На практике применяют медицинские динамометры, ручные динамометры — силомеры.

21633972_w640_h640_dk100.jpg

Рис. (2). Силомер

Виды динамометров:

  • механические (пружинные, рычажные);

  • гидравлические;

  • электронные.

(13) декабря (1932) года заявлен патент Л. В. Павловой и П. Ф. Павлова на изобретение тягового динамометра.

На рисунке изображено измерение силы тяговым динамометром.

трактор.png

Рис. (3). Тяговый динамометр

Источники:

Рис. 1. Динамометр без груза и с грузом. © ЯКласс.
Рис. 3. Тяговый динамометр. © ЯКласс.

Источник

Как определить силу тяжести тела с помощью динамометра. Нужно будет проделать это в лабораторной работе.Условие и тому подобное не знаю.Просто нужен ход действий,что бы определить силу тяжести,желательно подробный.

Остались вопросы?

Новые вопросы по предмету Математика

Источник

1) Сначала найдём цену деления динамометра, изображённого на рисунке:
Ц.д. = (150-100)/5 = 50/5 = 10 Н
Показания динамометра — 120 Н. Это есть сила тяжести, действующая на груз.

2) Найдем массу груза:
Дано:
F тяж = 120 Н
g ≈ 10 Н/кг
Найти: m — ?
Решение:
F тяж = mg
Выразим из этой формулы массу
m = F тяж/g
m = 120 Н/10 Н/кг = 12 кг
Ответ: масса груза составляет 12 кг.

Источник

beghugoun65

beghugoun65

Вопрос по физике:

Как определить силу тяжести тела с помощью динамометра. Нужно будет проделать это в лабораторной работе.Условие и тому подобное не знаю.Просто нужен ход действий,что бы определить силу тяжести,желательно подробный.

Трудности с пониманием предмета? Готовишься к экзаменам, ОГЭ или ЕГЭ?

Воспользуйся формой подбора репетитора и занимайся онлайн. Пробный урок — бесплатно!

Ответы и объяснения 1

zitheaco

zitheaco

Берем динамометр. Подвешиваем к нему груз. Ставим/вешаем/удерживаем динамометр строго вертикально. Далее смотрим на показания динамометра. Ошибка равна цене деления(ну у нас всегда так).

Знаете ответ? Поделитесь им!

Гость

Гость ?

Как написать хороший ответ?

Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

  • Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете
    правильный ответ;
  • Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не
    побуждал на дополнительные вопросы к нему;
  • Писать без грамматических, орфографических и
    пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

  • Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся
    уникальные и личные объяснения;
  • Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не
    знаю» и так далее;
  • Использовать мат — это неуважительно по отношению к
    пользователям;
  • Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.

Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует?
Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие
вопросы в разделе Физика.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи —
смело задавайте вопросы!

Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.

Источник

Понравилась статья? Поделить с друзьями:
  • Как составить ежегодный отчет
  • Как найти мужа после 40 с детьми
  • Как найти точки экстремума без графика
  • Как найти контакты с другого телефона
  • Как найти стажировку в сша