Курс: «Физика и механика», модуль «Усложнённые задачи»
Рычажные весы
Исследователи Технического университета Ильменау создали самые точные весы в мире. Погрешность, так называемого «Суперкомпаратора», при взвешивании одно – килограммового веса, составляет менее 100 нанограмм. При взвешивании в вакууме, погрешность менее 50 нанограмм. Это первый случай, когда погрешность взвешивания оценивается в нанограммах. Многие исследователи уже работали над созданием такого прецизионного инструмента, но до сих пор были созданы весы, которые только на короткое время могли достигать такой точности взвешивания. «Нам удалось построить прибор, с помощью которого достигнута повторяемость результатов, и мы способны воспроизводить приборы с такой точностью».
Естественные науки
    • Наблюдение и измерение воздействия силы на объект.
    • Силы.
    • Методы исследования.
    • Простые машины – рычаг.
    Технология
    • Сборка деталей.
    • Построение простых машин.
    • Анализ результатов.
    • Исследование выигрыша в силе.
    • Изучение свойств материалов.
    Конструирование
      • Описание и объяснение работы элементов конструкции и влияния нагрузки.
      • Испытание и оценка моделей перед внесением изменений.
      Математика
      • Определение погрешности.
      • Развитие методов и подходов к решению задач на преобразования подобия.
      • Выбор и применение методов измерения длины с приемлемой степенью точности.
      • Исследование отношений величин; свойства пропорций.
      В технический словарик
        • Усилие
        • Равновесие
        • Точка опоры
        • Рычаг
        • Нагрузка (груз)
        • Масса
        Дополнительно потребуется
          • Рулетка или «сантиметр».
          • Откалиброванные весы.
          Установление взаимосвязей
          Самое простое устройство для взвешивания – это рычажные весы. Первоначально весы представляли собой балку (рычаг) с точкой опоры посередине. Изменение нагрузки на одном из концов рычага меняет положение всего рычага и нарушает равновесие.

          Соберите модель рычажных весов и исследуйте, как изменение нагрузки и положения влияет на их работу.
          Самая маленькая змея в мире — барбадосская узкоротая змея, его длина около 10 сантиметров. Ее обнаружил в 2008 году американский биолог Блэр Хэдж. Произошло это абсолютно случайно — ученый просто поднял камень и нашел под ним несколько маленьких змей, самая крупная из которых имела длину 104 миллиметра. Хорошо, что у него оказался зоркий глаз, ведь эти существа очень напоминают дождевых червей — такие же коричневые, блестящие, имеющие одинаковый диаметр по всей дине тела.
          Конструирование
          Соберите рычажные весы и грузы
          (Технологические карты 15A и 15B, с. 9, шаг 9)

          • Убедитесь, что коромысло (рычаг) весов поднимается и опускается свободно и что весы находятся в состоянии равновесия.
          Рефлексия
          Почему весы находятся в состоянии равновесия?

          Подвесьте грузы, как показано на рисунке. Используя формулы из раздела «Простые машины. Рычаг», определите выигрыш от применения рычага и объясните, что происходит.

          Сначала определите выигрыш, который обеспечивает рычаг в весах A.
          Запишите величину выигрыша на рабочем бланке.

          Затем, используя формулу для вычисления величины усилия, необходимого для подъема груза, объясните, почему весы находятся в состоянии равновесия.
          Запишите результаты в Рабочем бланке.

          Проделайте то же самое с рычажными весами B и C.
          Выигрыш, обеспечиваемый рычагом весов A (с. 10, шаг 10), равен 1. Весы находятся в состоянии равновесия потому, что груз по обе стороны от точки опоры одинаковый и расстояние от точки опоры до грузов одно и то же.

          Рычаг весов B (с. 11, шаг 11) обеспечивает выигрыш, равный 2. Весы находятся в состоянии равновесия потому, что масса груза на левом плече рычага в два раза меньше массы груза на правом, но расположен он в два раза дальше от точки опоры, чем правый груз.

          Рычаг весов C (с. 12, шаг 12) обеспечивает выигрыш, равный 3. Весы находятся в состоянии равновесия потому, что масса груза на левом плече рычага в три раза меньше массы груза на правом, но расположен он в три раза дальше от точки опоры, чем правый груз.
          Развитие
          Сколько весит груз?

          Ваша задача – взвесить сборный груз А при помощи построенной вами модели весов.
          На одно плечо весов подвесьте груз A, а на другое подвешивайте собранные ранее грузики, пытаясь найти положение, при котором рычаг весов придет в равновесие.

          Затем вычислите массу груза А, учитывая, на каком расстоянии от точки опоры находятся ваши грузики.

          А теперь проверьте, насколько точны были ваши измерения, при помощи настоящих откалиброванных весов.

          Запишите и объясните полученные результаты в Рабочем бланке.

          Соберите свой комплект грузиков из элементов ЛЕГО® и проверьте, насколько точен их вес.
          Made on
          Tilda