Соберем установку, изображенную на рисунке 3. Для этого закрепим в лапке штатива линейку. Поставим на весы батарейку. Исходно расположим линейку горизонтально.
В первом опыте установим весы с батарейкой так, чтобы батарейка располагалась ровно под свободным концом линейки длиной $l_0=28 \ см$ и касалась его. Обнулим показания весов. Будем опускать лапку штатива на некоторое расстояние $h$. Именно на это расстояние сместится конец линейки по вертикали (рис. 4).
Показания весов $m$ при этом изменятся. Значение силы можно будет рассчитать как: $$F=mg \tag{2}$$
Измерим зависимость показаний весов от расстояния $h$ и построим график измеренной зависимости.
$h,~см$ 0.3 0.5 0.7 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 2.1 $m,~г$ 0.9 2.4 3.9 4.8 6.5 7.4 8.6 10.1 11.7 13.3
Видно, что график можно описать линейной функцией. Небольшое смещение может быть обусловлено неточностью в установке начальной позиции лапки штатива (позиции, отвечающей началу касания батарейки). Таким образом можно сделать вывод, что степень $n=1$. Угловой коэффициент графика при этом составляет: $$\beta=\alpha g l^k=0.145 \ см/г=1.45~м/кг.\tag{3}$$
Проведем второй опыт.
Вновь установим лапку в положение, когда плоскость линейки во всех ее точках едва касается батарейки, стоящей на весах. Сместим лапку штатива вниз на небольшое расстояние – около $3~мм$. Будем перемещать весы с батарейкой ближе к лапке штатива вдоль линейки и измерим зависимость показаний весов от расстояния между крайней точкой зажатия линейки и местом касания линейки и батарейки. Занесем данные в таблицу.
$l,~м$ $l^{-2},~м^{-2}$ $l^{-3},~м^{-3}$ $m,~г$ 0.29 12 41 5.80 0.28 13 46 6.61 0.27 14 51 7.71 0.26 15 57 8.85 0.25 16 64 10.3 0.24 17 72 12.5 0.23 19 82 14.17 0.22 21 94 16.63 0.21 23 108 19.85 0.20 25 125 23.55 0.19 28 146 27.70 0.18 31 171 32.50 0.17 35 204 38.00 0.16 39 244 46.16 0.15 44 296 58.20
Заметим, что показания весов увеличиваются с уменьшением расстояния $l$, то есть зависимость является обратной. Для поиска степени рассчитаем значения длин $l$ в степенях $2$ и $3$. Построим графики зависимости показаний весов $m$ от расчетных значений $l^{-k}$.
Видно, что график $m(l^{-3})$ наиболее близок к прямой пропорциональности. Следовательно, будем считать степень зависимости прогиба линейки от ее длины равной $k=3$.
Окончательно, рассчитаем коэффициент $\alpha$:
$$\alpha=\frac{\beta }{g l_0^3}=6.7~\frac{1}{Н\cdot м^2}.\tag{4}$$