UNIWERSYTET ŚLĄSKI KATOWICE
I PRACOWNIA FIZYCZNA
Ć W I C Z E N I E NR 19a
Badanie warunków równowagi statycznej
WYMAGANIA DO KOLOKWIUM
Znajomość pojęć: wektor, wielkości wektorowe, siła, moment siły.
Algebra wektorów.
Warunki równowagi statycznej
Środek ciężkości
POMOCE POTRZEBNE DO WYKONANIA ĆWICZENIA
Linijka lub taśma miernicza
Cięzarki
Haczyki do mocowania ciężarków
Cienkościenna rurka
Waga labolatoryjna
WZORY SCHEMATY
Wykonanie ćwiczenia polega na badaniu rozkładu sił działających na belkę dwustronnie podwieszoną w stanie równowagi statycznej i sprawdzeniu czy warunki równowagi statycznej są spełnione, czyli:
1. czy siły działające na belkę równoważą się tzn. ∑Fi=0
2. czy suma momentów sił, względem dowolnego punktu, działających na belkę jest równa zero tzn. ∑Mi=0
Rys. 19a.1 Przykładowy rozkład sił działających na belkę zawieszoną na dwóch siłomierzach i obciążonej dwoma ciężarkami, gdzie:
R1, R2- siły reakcji działające na belkę pochodzące od siłomierzy na których wisi belka,
Q1, Q2 oraz F1, F2 – masy ciężarków i odpowiadające im siły ciężkości, SC i FB – położenie środka ciężkości i siła ciężkości belki.
OPIS STANOWISKA POMIAROWEGO
Stanowisko pomiarowe stanowi konstrukcja z rurek. Na górnej rurce zawieszone z są dwa cyfrowe siłomierze (FA 50) z możliwością zmiany odległości między nimi (rys.19a.2).
Każdy z siłomierzy posiada na dole pierścieniowy uchwyt.
Rys. 19a.2. Ogólny widok stanowiska pomiarowego.
Ze względu na sposób ich zamocowania, płyta czołowa siłomierzy użytych w ćwiczeniu posiada odwrócone napisy na klawiszach, natomiast odczyt mierzonych wartości ustawiony jest prawidłowo (rys.19a.3). Czarne linie występujące na górnych uchwytach siłomierzy i uchwytach pierścieniowych oznaczają położenie prostej, na której leży wektor siły mierzonej przez siłomierz. Zaznaczone linie są pomocne przy pomiarze odpowiednich odległości wymaganych w ćwiczeniu. Dopuszczalne obciążenie każdego siłomierza wynosi 50 N.
UWAGA!
Przykładanie większych obciążeń grozi uszkodzeniem siłomierzy.
W celu wykonania ćwiczenia , w uchwytach pierścieniowych siłomierzy umieszcza się cienkościenną rurkę, którą można obciążać ciężarkami zawieszonymi na specjalnych
haczykach. Na rurce zaznaczone jest (czarnym pierścieniem) położenie środka ciężkości rurki.
Rys.19a.3. Strona czołowa siłomierza użytego w ćwiczeniu.
PRZEBIEG ĆWICZENIA
Stan początkowy: siłomierze wyłączone, nie obciążone (ustal z prowadzącym początkową odległość pomiędzy siłomierzami).
1. Załączanie siłomierzy:
Nacisnąć przycisk „on/off”.
Wybierz jednostki pomiarowe kg lub N (ustal z prowadzącym) – przycisk
„UNIT/CLEAR”.
Wyzeruj wskazania siłomierzy - naciśnij przycisk „ENTER ,→0←”.
2. Delikatnie wsuń cienką rurkę (belkę pomiarową) do dolnych pierścieni siłomierzy.
3. Ustaw rurkę tak, aby jej środek ciężkości był bliski pokrycia się ze środkiem jednego z uchwytów pierścieniowych siłomierzy – zanotuj położenie środka ciężkości rurki i wskazania obydwu siłomierzy (R1, R2).
4. Powtórz podobne pomiary kolejno dla innych położeń środka ciężkości pomiędzy siłomierzami tak, aby w ostatnim pomiarze środek ciężkości rurki pokrywał się ze środkiem uchwytu pierścieniowe drugiego siłomierza.
5. Zmierz na wadze laboratoryjnej masę każdego z dwóch dowolnie wybranych ciężarków.
6. Ustaw rurkę tak, aby jej środek ciężkości znajdował się w pobliżu środka odległości pomiędzy siłomierzami
7. Przy pomocy haczyków zawieś na rurce ciężarki, pomierz odpowiednie odległości (rys.19a.1) i zanotuj wskazania siłomierzy.
8. Powtórz pomiary dla różnych położeń ciężarków.
9. Zmień odległość pomiędzy siłomierzami i powtórz pomiary wg punktów 7, 8.
Uwaga:
Dobieraj takie położenia siłomierzy i ciężarków, aby rurka zachowywała stabilny stan (znajdowała się w stanie równowagi statycznej).
ilość pomiarów ustal z prowadzącym
OPRACOWANIE WYNIKÓW Potrzebne dane:
masa rurki – 0.262 kg masa haczyków – 0.0225 kg
Ad. 2-4
1. Dla każdego położenia rurki sprawdź czy spełnione są warunki równowagi statycznej.
2. Narysuj wykres zależności R1 od R2.
3. Znanymi ci metodami dopasuj prostą i napisz jej równanie Ad.6 - 8
1. Dla każdego ułożenia ciężarków sprawdź, czy spełniony jest warunek równowagi statycznej dotyczący sił działających na belkę tzn. ∑Fi=0.
2. Dla każdego ułożenia ciężarków sprawdź, czy spełniony jest warunek równowagi statycznej dotyczący momentów sił tzn. ∑Mi=0. Przeprowadź obliczenia względem różnych punktów odniesienia.
LITERATURA
1. S. Szczeniowski, „Fizyka doswiadczalna”t.I, (PWN, Warszawa).
2. D. Halliday, R. Resnick „FIZYKA”, t.I, (PWN Warszawa)
3. Dowolny podręcznik z Fizyki Ogólnej zawierający tematykę ćwiczenia.
