Как работают весы?

Все вы знаете, что такое качели. Самые простые из них – одно бревно, перекинутое средней частью через другое, поперечное. Сидя с приятелем на противоположных концах первого бревна, вы попеременно поднимаетесь и опускаетесь, слегка отталкиваясь и подтормаживая ногами. Однако если поперечное бревно покатится…

Задание 8

1. Почему поперечное бревно может покатиться?

2. Что необходимо сделать, чтобы этого не случилось? Рассмотри несколько вариантов решения, выполни рисунки.

3. Какие элементы весов они напоминают?

4. Как подобная проблема решена в конструкциях весов?

5. Выполни в тетради эскизы этих конструкций и изготовь их модели из деталей набора.

Но вернемся к простейшим качелям.

Без особого труда вы с приятелем сможете уравновесить бревно на опоре, то есть без дополнительных воздействий заставить его сохранять горизонтальное положение.

Задание 9

1. Что ты можешь сказать о длине частей бревна, находящихся по разные стороны от точки опоры.

2. Как ты думаешь, сохранится ли равновесие, если вы с приятелем разместитесь на противоположных концах бревна?

3. В каком случае оно сохранится?

4. Если нет, то, как его можно восстановить?

5. Проверь свои рассуждения на опыте.

Экспериментальная работа 1

Конструкция рычага

Цель: исследование конструкции рычага.

Приборы и материалы:

Однородные УСы (узловые соединители) в количестве 10 шт.

Стержень деревянный длиной 300 мм

Цилиндрическая опора

Подставка

Линейка школьная со шкалой не менее 200 мм, цена деления 1 мм

Последовательность выполнения работы

1. Пронумеровать УСы от одного до 10.

2. Соединить УС №1 и УС №2 стержнем.

3. На цилиндрической опоре (деревянный стержень), установленной на подставке (небольшие канавки выполнены для предотвращения скатывания стержня), уравновесить полученную сборку. Схематически изобразить собранную конструкцию в тетради.

4. Измерить расстояния от точки опоры до центров УСов. Результаты измерений занести в таблицу.

5. Последовательно заменяя УС №2 на УС №3 и далее до УСа №10 выполнить пункты 3 и 4.

№№ опытов	Расстояние от УС №1 до точки опоры в мм	Расстояние от УС №№2,3…10 до точки опоры в мм
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.

Для удобства изучения любые устройства принято изображать схематически. Конструкция, которую вы рассматриваете, называют рычагом, и относится она к простым механизмам. Схематически рычаг изображают следующим образом, где О – точка опоры; А и В – точки приложения силы; АО и ОВ – плечи рычага. Цель: исследование конструкции рычага.

Представь себе, что несколько ребят соорудили простейшие качели (бревно, опора) и, садясь на края, добиваются равновесия.

Задание 10

В каком положении будет находиться точка опоры бревна если:

1. На концы бревна ребята сядут по одному.

2.

3. С одной стороны сядут двое, а с другой один.

4. С одной стороны сядут трое, а с другой один.

5. С одной стороны сядут четверо, а с другой один.

Экспериментальная работа 2

Свойства рычага

Цель: - установить соотношение между длинами плеч рычага и величинами уравновешенных грузов;

- проградуировать (прокалибровать) коромысло весов (рычаг).

Проверь свои предположения на моделях. Результаты опытов занеси в таблицу. Выполни масштабные схематичные рисунки с указанием размеров плеч и действующих сил.

№№ опытов	Рл, УС	lл, мм	Рп, УС	lп, мм
1.	1		1
2.	1		2
3.	1		3
4.	1		4

На основе экспериментальных данных ответь на вопросы:

1. Как соотносятся плечи рычага в зависимости от величин действующих сил (весов)?

2. Нанеси метки на стержень, соответствующие положению точки опоры для каждого опыта. Как можно их в последствии использовать?

3. Можно ли зная длины плеч и одну из сил (один из весов) найти уравновешивающую, неизвестную?

В науке и технике произведение силы, вращающей тело, на ее плечо называют моментом силы М=F×l, где F - сила, а l - плечо.

Такой стержень с метками является простейшей шкалой средства измерения, на которой каждая такая метка соответствует конкретному значению измеряемой величины.

Процесс создания шкалы измерительного средства называют градуировкой.

Теперь ты мог бы определить вес произвольного тела, не выполняя измерений и расчетов. Уравновесил рычаг с эталонным и взвешиваемым грузом. Посмотрел на положение точки опоры уравновешенного рычага относительно меток и знаешь – сколько весит груз.

Как же происходило взвешивание?

Если коромысло весов уравновешено, то есть длины плеч и их вес одинаковы – можно приступать. На одну чашу весов помещают взвешиваемый груз, а на другую начинают укладывать гири, еще их называют разновесы (грузы известного веса). Делают это до тех пор, пока весы не придут в равновесие: коромысло не займет горизонтальное положение. Понятно, что в этом случае общий вес гирь будет равен весу груза.

Задание 11

1. Какой указатель равновесия (горизонтального положения коромысла весов) при этом использовали?

2. Имеет ли значение направление этого указателя?

3. Какое направление указателя позволяет добиться более точного соответствия веса груза и уравновешивающих гирь? Ответ объясни с использованием схематического рисунка.

А как быть, если груз имеет вес больший, чем все гири вместе взятые, и разделить его на несколько частей нельзя? Или отсутствуют мелкие гирьки, и уравновесить коромысло весов не удается.

Экспериментальная работа 3

Определение веса тела на рычажных весах с подвижной точкой опоры.

Попробуем решить эту проблему, используя модели, собранные из конструктора. Выполни в тетради схематический рисунок с необходимыми обозначениями к каждому пункту задания.

Примечание

При выполнении задания имей в виду, что фотографии могут содержать фотомонтаж. Лучше сам собери модели и выполни необходимые замеры.

1. На рисунке изображен уравновешенный рычаг. С правой стороны закреплен УС, а с левой предмет из набора (динамометр). Выполнив необходимые замеры, определи вес динамометра. Ты еще не забыл, что у нас единица веса (мера, эталон) 1УС? Вес самого стержня не учитывай.

2. Определи в УСах вес кольца с резьбовым креплением. Вес стержня не учитывай.

3. А это задание для "большеголовых". Определи вес самого стержня.

Задание 12

1. В каких случаях весом стержня можно пренебречь? Ответ объясни.

2. Каковы недостатки такого способа взвешивания, что необходимо сделать, чтобы их устранить?

На рисунках весов на странице 20 под №4 изображены древнеримские весы, использующие такой же принцип действия: изменение соотношения длин плеч для достижения равновесия рычага. Однако реализуется он по-другому.

Дело в том, что перемещать коромысло относительно точки опоры не удобно – грузы могут быть достаточно велики, содержимое чашек весов может рассыпаться… Выбран другой путь: по измерительному плечу коромысла весов перемещают гирю до достижения положения равновесия. А на само измерительное плечо нанесены деления, соответствующие весу уравновешенного груза. Такие весы называют "безмен".

Экспериментальная работа 4

Безмен

Цель: градуировка измерительного плеча безмена и взвешивание.

Приборы и материалы:

УС – 9 штук

Деревянный стержень 300 мм – 1 штука

Деревянный стержень 70 мм – 1 штука

Деревянный стержень 20 мм – 8 штук

Опора

Линейка 300 мм, цена деления 1мм

Крюк с винтовым креплением

Кольцо с винтовым креплением

Эластичная соединительная втулка – 2 штуки

Взвешиваемые предметы: динамометр растяжения (50Н), брелок от ключей.

Последовательность выполнения работы.

1. Собрать модель "древнеримского безмена", используя подсказки на странице 31 Приложения к пособию "Взвешивание".

2. Выполнить схематический рисунок полученной сборки.

3. Проградуировать измерительное плечо безмена. Для этого, последовательно увеличивая количество эталонных грузов (УСов) и добиваясь равновесия, нанести мягким карандашом соответствующие метки на измерительное плечо безмена.

4. Взвесить подготовленные образцы.

Задание 13

Значения весов, скорее всего, будут отличаться. Чем это вызвано? Подробно объясни ответ.