Лабораторна робота № 6. Дослідження пружних властивостей тіл

• Назад до змісту

Тема. Дослідження пружних властивостей тіл.

Мета: дослідити пружні властивості гумового шнура під час деформації розтягнення.

Обладнання: штатив із муфтою та лапкою; гумовий шнур завдовжки 15–20 см; 4 тягарці масою 100 г кожен; учнівська лінійка.

Підготовка до експерименту

Теоретичні питання:

1. Перед початком роботи переконайтеся, що ви знаєте відповіді на такі запитання:

1. Що таке деформація? Які існують види деформації?

Деформація — це зміна форми або розмірів тіла під дією зовнішніх сил. Види деформації: розтягнення, стиск, зсув, кручення, вигин.

2. Які деформації називають пружними? пластичними?

• Пружна деформація — деформація, яка повністю зникає після припинення дії сили.
• Пластична деформація — деформація, яка залишається після припинення дії сили.

3. За якою формулою розраховують силу пружності?

• Сила пружності розраховується за законом Гука:

  $F_{\text{пруж}} = k \cdot x,$

  де $k$ — коефіцієнт жорсткості, $x$ — видовження.

2. Визначте ціну поділки шкали лінійки.

Наприклад, якщо лінійка має поділки по 1 мм, то ціна поділки — 0,001 м.

3. Зберіть пристрій:

1. На кінцях гумового шнура зав’яжіть петлі так, щоб відстань між вузликами становила близько 8 см.
2. Підвісьте шнур за одну з петель на лапку штатива.

Експеримент

1. Вимірювання довжини недеформованого шнура:

• Вирівняйте шнур, не розтягуючи його. Виміряйте відстань $l_0$ між вузликами — довжину недеформованого шнура.
• Припустимо, $l_0 = 8 \, \text{см}.$

2. Дослідження деформації:

• Підвісьте до шнура тягарець масою 100 г. Виміряйте відстань $l$ між вузликами — довжину деформованого шнура.
• Припустимо, $l = 10 \, \text{см}.$
• Зніміть тягарець і перевірте, чи повернувся шнур до початкової довжини $l_0$. Якщо так, деформація була пружною.

3. Повторення досліду:

• Послідовно підвішуйте до шнура 2, 3 та 4 тягарці, кожного разу вимірюючи довжину деформованого шнура $l$.
• Після кожного досліду знімайте тягарці та перевіряйте, чи повертається шнур до початкової довжини. Якщо деформація стає пластичною (шнур залишається видовженим), припиніть експеримент.

Опрацювання результатів експерименту

Заповніть таблицю результатів:

Примітка:

• Сила пружності $F_{\text{пруж}}$ розраховується за формулою $F = m \cdot g$, де $g = 9,8 \, \text{м/с}^2$. Для зручності прийнято $g \approx 10 \, \text{м/с}^2$, тоді $F_{\text{пруж}} = m \cdot 10$.
• Видовження $x$ переведено у метри (1 см = 0,01 м).

Аналіз експерименту та його результатів

Порівняйте відношення $\dfrac{F_{\text{пруж}}}{x}$ для кожного досліду.

У даному прикладі відношення $\dfrac{F_{\text{пруж}}}{x}$ залишається постійним (50 Н/м), що свідчить про те, що деформація є пружною, а шнур підпорядковується закону Гука.

Зробіть висновки:

1) Чи впливає навантаження на те, якою буде деформація (пружною або пластичною)?

Так, при збільшенні навантаження деформація може стати пластичною. У даному експерименті деформація залишалася пружною для всіх навантажень.

2) Чи залежить жорсткість шнура $k = \dfrac{F_{\text{пруж}}}{x}$ від видовження?

У разі пружної деформації жорсткість шнура $k$ залишається постійною.

Творче завдання:

Вплив довжини та товщини шнура на відношення $\dfrac{F_{\text{пруж}}}{x}$

1. Вдвічі довший шнур:

Якщо взяти фактично 2 шнури і з’єднати їх послідовно, то жорсткість нового шнура стане іншою:

У нас $k_1 = k_2$, тоді:

Звідси:

• Відношення $\dfrac{F_{\text{пруж}}}{x}$стане вдвічі меншим.

2. Вдвічі товщий шнур:

• Жорсткість $k$збільшується вчетверо, видовження $x$зменшується вчетверо.
• Відношення $\dfrac{F_{\text{пруж}}}{x}$збільшується вчетверо.

3. Експеримент:

Результати підтверджують теоретичні міркування.