Logo
Logo

Упругая тренировка

Условие

В данной задаче не требуется оценка погрешностей.

Соберите установку, изображенную на рисунке 1. Для этого поставьте весы на основание штатива. На измерительную платформу установите бутылку с водой, выполняющую роль груза. Подготовьте силиконовую нить с двумя петлями на концах. Расстояние между узлами петель сделайте приблизительно равным $20~см$. Наденьте одну петлю нити на крючок, вставленный в пробку бутылки, а вторую – на прижимной винт лапки штатива. Включите весы. Ослабьте нить и обнулите показания весов, нажав кнопку «TARE».

Рис. 1. Установка для проведения измерений

1 Переместите лапку штатива так, чтобы показания весов уменьшились до значения приблизительно $-180~г$. Зафиксируйте лапку и запустите секундомер. Измерьте зависимость модуля показаний весов $m$ от времени $t$. Проводите измерения в течение двух минут через каждые $10$ секунд. После этого ослабьте нить до нерастянутого состояния, переместив лапку вниз. Через $3$ минуты повторите всю процедуру измерения зависимости $m(t)$.

2 Рассчитайте для каждой серии измерений отношение модуля показаний весов к модулю первого зафиксированного в серии результата измерения массы $m_0$. Постройте графики зависимостей отношений $m/m_0$ от времени $t$ для обеих серий измерений в одних осях (на одном листе). 

3 Проведите сглаживающие прямые через точки, полученные за последнюю минуту в каждой серии экспериментов. Найдите модули угловых коэффициентов этих прямых. 

4 Замените силиконовую нить на новую приблизительно той же длины. Измерьте длину $l_0$ нити между узлами петель. Растяните нить лапкой штатива, создав в ней небольшую силу упругости. Зафиксируйте лапку штатива и запустите секундомер. Измерьте длину нити между узлами. По прошествии одной минуты нахождения нити под нагрузкой запишите модуль показаний весов. Далее увеличьте нагрузку. Вновь запустите секундомер, измерьте длину нити между узлами. По прошествии минуты запишите новое значение модуля показаний весов. Таким образом измерьте зависимость модуля показаний весов $m$ от длины нити $l$, постепенно повышая нагрузку. Далее продолжите измерение зависимости, постепенно уменьшая нагрузку. При измерениях изменяйте нагрузку с таким шагом, чтобы общее число измеренных пар значений массы и длины в цикле было не менее $10$. Повторите с той же нитью цикл измерений еще два раза.

5 Постройте график зависимости модуля показаний весов от длины нити для трех циклов нагрузки–разгрузки в одних осях (на одном листе). Точки для первого цикла обозначьте кружочками, для второго – квадратиками, для третьего – треугольничками.

6 Опишите основные качественные различия между графиками разных циклов.

7 Рассчитайте, в каких пределах меняется отношение силы упругости в нити к относительному ее удлинению. 

Оборудование:

  1. Штатив с лапкой
  2. Весы
  3. Бутылка с водой с крючком в пробке
  4. Линейка
  5. Силиконовая нить
  6. Ножницы
  7. Секундомер

Электронные весы автоматически отключаются, если масса на измерительной платформе весов не меняется более $50$ секунд. Чтобы весы не отключались при проведении измерений, вы можете «будить» их, периодически слегка касаясь измерительной платформы весов рукой.