№ 11 ВЫЯСНЕНИЕ УСЛОВИЯ РАВНОВЕСИЯ РЫЧАГА Цель работы: Проверить на опыте условие равновесия рычага и правило моментов. Приборы и материалы: Рычаг на штативе, набор грузов массой 100 г каждый, линейка, динамометр. УКАЗАНИЯ К РАБОТЕ 1. Уравновесьте рычаг первого рода с помощью гаек на его концах так, чтобы он расположился горизонтально. 2. Подвесьте два груза на левой части рычага на некотором расстоянии \(l_1\) от оси вращения. Опытным путём установите, на каком расстоянии \(l_2\) справа от оси вращения надо подвесить: а) один груз; б) два груза; в) три груза, чтобы рычаг пришёл в горизонтальное равновесное положение. 3. Обработка результатов измерений. Считая, что каждый груз весит 1 Н, запишите в таблицу 19 результаты прямых измерений с учётом абсолютной погрешности, равной цене деления шкалы линейки, а вычислений без учёта погрешностей.

В данном задании требуется провести эксперимент по определению условия равновесия рычага и принципа моментов. Теория: Условие равновесия рычага формулируется следующим образом: рычаг находится в равновесии, когда сумма моментов сил, вращающих его в одну сторону, равна сумме моментов сил, вращающих его в противоположную сторону. Момент силы определяется как произведение силы на плечо, где плечо – это расстояние от точки опоры до линии действия силы. В данном случае, условие равновесия рычага можно записать как: \[F_1 \cdot l_1 = F_2 \cdot l_2\] где: * \(F_1\) – сила, действующая на левой стороне рычага, * \(l_1\) – плечо силы \(F_1\) (расстояние от оси вращения до точки приложения силы \(F_1\)), * \(F_2\) – сила, действующая на правой стороне рычага, * \(l_2\) – плечо силы \(F_2\) (расстояние от оси вращения до точки приложения силы \(F_2\)). Ход работы: 1. Уравновешивание рычага: * Необходимо установить рычаг на штативе и с помощью гаек на концах добиться его горизонтального положения. Это необходимо для того, чтобы исключить влияние силы тяжести самого рычага на результаты измерений. 2. Подвешивание грузов: * Подвешиваем два груза на левой стороне рычага на расстоянии \(l_1\) от оси вращения. Сила, действующая на левой стороне рычага, будет равна сумме весов этих грузов. Поскольку каждый груз весит 1 Н, то \(F_1 = 2 \text{ Н}\). * Далее опытным путем, перемещая грузы на правой стороне рычага, необходимо найти такое расстояние \(l_2\), при котором рычаг будет находиться в равновесии (горизонтальном положении). * Проделываем это для случаев, когда на правой стороне рычага подвешен один груз, два груза и три груза. 3. Обработка результатов измерений: * Измеряем расстояния \(l_1\) и \(l_2\) с помощью линейки. Учитываем абсолютную погрешность измерений, равную цене деления шкалы линейки. * Записываем результаты измерений в таблицу 19. Таблица должна содержать следующие столбцы: * Количество грузов на левой стороне рычага. * Расстояние \(l_1\). * Количество грузов на правой стороне рычага. * Расстояние \(l_2\). * Момент силы на левой стороне рычага (\(F_1 \cdot l_1\)). * Момент силы на правой стороне рычага (\(F_2 \cdot l_2\)). * Вычисляем моменты сил для каждого случая и сравниваем их. Если рычаг находится в равновесии, то моменты сил должны быть равны друг другу в пределах погрешности измерений. Пример таблицы 19:

Количество грузов слева	\(l_1\), м	Количество грузов справа	\(l_2\), м	Момент силы слева, Н·м	Момент силы справа, Н·м
2	0.1	1	0.2	0.2	0.2
2	0.1	2	0.1	0.2	0.2
2	0.1	3	0.067	0.2	0.2

Вывод: По результатам эксперимента можно сделать вывод о том, что условие равновесия рычага выполняется, если сумма моментов сил, вращающих рычаг в одну сторону, равна сумме моментов сил, вращающих его в противоположную сторону. Развернутый ответ для школьника: Представь себе качели-балансир. Чтобы они находились в равновесии, нужно, чтобы вес и расстояние с одной стороны были такими же, как вес и расстояние с другой стороны. Этот эксперимент помогает нам понять, как это работает на примере рычага. Сначала мы уравновешиваем рычаг, чтобы он был ровным. Потом мы вешаем грузы с одной стороны и пытаемся уравновесить их грузами с другой стороны, меняя расстояние до центра. Мы измеряем эти расстояния и записываем результаты в таблицу. Если всё сделано правильно, то произведение веса на расстояние с одной стороны будет равно произведению веса на расстояние с другой стороны. Это и есть правило равновесия рычага.