Измерение работы силы упругости при подъёме груза с помощью подвижного блока

F = m·g/2, s = 2·h, A = F·s = m·g·h

Цель работы

Измерить работу силы тяги при подъёме подвижным блоком.

Теоретические сведения

Сила при подъёме подвижным блоком

Подвижный блок перемещается вместе с грузом. В идеальной системе его поддерживают две вертикальные ветви одной нити с одинаковым натяжением. При медленном равномерном подъёме:

2 \cdot F = m \cdot g, F = \frac{m \cdot g}{2}

$F$ — сила тяги свободного конца нити (Н);
$m$ — масса груза (кг);
$g$ — ускорение свободного падения (м/с²).

Перемещение и работа

При подъёме груза на высоту $h$ каждая поддерживающая ветвь укорачивается на $h$ . Свободный конец приходится переместить на вдвое больший путь:

s = 2 \cdot h, A = F \cdot s = m \cdot g \cdot h

Здесь $s$ — перемещение конца нити (м), $A$ — работа тяги (Дж). Выигрыш в силе сопровождается таким же проигрышем в расстоянии.

Условия идеального механизма

В опыте нить нерастяжима, блок невесом, трение отсутствует. Подъём считается равномерным; разгон и остановка не рассматриваются. Динамометр измеряет силу тяги, но при расчёте работы используют путь точки приложения этой силы, а не удлинение пружины динамометра. Вся работа тяги идёт на увеличение потенциальной энергии груза.

Подготавливаем формулы…

Порядок работы

Выберите подвижный блок, массу 0,4 кг, ход нити 0,6 м и скорость 0,03 м/с.
Начните подъём. Запишите силу динамометра, ход конца нити и высоту подъёма в нескольких точках.
Определите работу силы тяги по перемещению её точки приложения и сравните с изменением потенциальной энергии груза. Повторите для другой массы.
Сформулируйте вывод по измерениям: укажите результат, сохранённые условия и ограничения модели.

Эксперимент

Таблица измерений

Записей: 0

Результаты измерений эксперимента
№	t, с	m, кг	F, Н	s, м	h, м	№	Действия

Пока нет измерений

Нажмите «Измерить» в эксперименте.

График

Ось XОсь Y₁Ось Y₂Вид графика

График появится после измерений

Ответ

При подвижном блоке, грузе 0,4 кг и ходе конца нити 0,6 м измерьте силу тяги. Какова её работа за весь ход? Ответ в джоулях до сотых.

Вопрос для размышления

Почему уменьшение силы тяги при подвижном блоке не означает уменьшения работы в идеальной модели?