Сила упругости через систему решения экспериментальных задач

Для
изучения темы “Сила упругости” мною
изготовлены следующие приспособления из
подручного материала: обычную шнуровую резину я
разрезаю длиной L и 2L и на концы резины
закрепляю крючки.

Соединенные два жгута ( можно больше)
одинаковой длины вместе и зафиксированные
позволяют изменять площадь поперечного сечения.
Однако можно просто иметь куски резины длиной 2L
и выполнять серию экспериментальных задач. Серию
экспериментальных задач провожу в два этапа.

  • Первый этап экспериментальных задач
    позволяет открыть закон Гука.
  • Второй этап научит ребят
    определять жесткость различных систем.

Первый этап

1) Установить зависимость силы упругости от
величины деформации.

2) Выяснить, от чего зависит коэффициент
жесткости. Для этого выполнить несколько
экспериментальных задач:

а) Выяснить, зависит ли коэффициент жесткости
от материала. Для этого жгуты берем одинаковых
геометрических размеров, но качество резины
разное.

Коэффициент жесткости зависит от материала.

б) Установить, зависит ли коэффициент жесткости
от начальной длины образца L0. Для
эксперимента учащихся берут резиновые жгуты с S =
const и длинами L0 и 2L0

в) Устанавливаем зависимость коэффициента
жесткости от площади поперечного сечения
образца.
Для этого берем образцы с площадью поперечного
сечения S и 2S при одинаковой длине и
находим коэффициенты жесткости.

Получаем, что .

Общий вывод ,
где Е модуль Юнга.

Из формулы видно, что коэффициент жесткости –
величина не постоянная и зависит от величин,
входящих в формулу

Закон Гука приобретет вид

Если ввести понятие напряжения и относительного удлинения

Закон Гука будет выглядеть так .

Второй этап покажет, как можно
определять жесткость различных систем.

1) При параллельном соединении жгутов с
жесткостью К1 и К2 можно
экспериментально определить жесткость системы К
= К1 + К2 ,
что затем учащимся
нетрудно подтвердить теоретически.

2) При последовательном соединении жгутов с
различными коэффициентами жесткости получаем
экспериментально, что не противоречит
теоретическим вычислениям.

Многочисленные варианты экспериментальных
задач позволяют учащимся вести исследование
самостоятельно, что способствует глубокому
усвоению данной темы.

Следующий: