Прогиб деревянной рейки
4/10Исследуйте зависимость прогиба деревянной рейки прямоугольного сечения от:
силы \(F\), действующей на свободный конец рейки;
длины \(L\) незакреплённой части рейки;
толщины \(h\) рейки.
Оборудование: две деревянные рейки одинаковой ширины \(b\), но разной толщины \(h\), динамометр, струбцина, капроновый шнур, миллиметровая бумага.
▶Показать разборСкрыть разбор
Ответ1) \(\delta \sim F\); 2) \(\delta \sim L^3\); 3) \(\delta \sim h^{-3}\); в целом \(\delta \sim F\left(\dfrac{L}{h}\right)^3\).
РешениеСложим рейки в виде бутерброда (плоскость к плоскости) и прижмём струбциной один конец к столу. Рейки должны располагаться в горизонтальной плоскости перпендикулярно краю стола. Допустим, более тонкая рейка оказалась снизу. Накинем на её свободный конец капроновую петлю.
1) За ту же петлю зацепим динамометр, к которому приложим силу \(F\). Снимем зависимость прогиба \(\delta\) рейки от силы \(F\). Прогиб нижней рейки относительно верхней (прямой) измерим с помощью миллиметровой бумаги. Искомая зависимость имеет вид \[\delta \sim F.\] 2) Меняя расстояние \(L\) от петли до закреплённого края реек, снимем зависимость прогиба \(\delta\) от \(L\). Она имеет вид: \[\delta \sim L^3.\] 3) Поменяем местами верхнюю и нижнюю рейки. Повторим измерения из пункта 2). Сравним серии измерений пунктов 2) и 3). Найдём зависимость \(\delta\) от толщины \(h\) рейки: \[\delta \sim h^{-3}.\] Обобщим результаты измерений в пунктах 1), 2), 3): \[\delta \sim F\left(\dfrac{L}{h}\right)^3.\]
Примечание. Из курса сопротивления материалов известно, что \[\delta = \dfrac{4}{E}\dfrac{F}{b}\left(\dfrac{L}{h}\right)^3,\] где \(b\) — ширина рейки, \(E\) — модуль Юнга.
Похожие задачи
- Бумажный мост ВсОШ 1992/2001, 9 кл.
- Жёсткости двух пружин ВсОШ 1992/2001, 9 кл.
- Груз на пружине (B1) ЕГЭ 2007, 11 кл.
- Жёсткость пружины (C1) ЕГЭ 2008, 11 кл.
- Пружина с трением ЕГЭ 2013, 11 кл.
- Грузик на пружине опустили в воду Курчатов 2013/14, 9 кл.