213. Виртуальная лабораторная работа «Измерение массы тела при помощи рычажных и электронных весов» - http://efizika.ru/html5/213/index.html

Цель работы: научиться пользоваться рычажными весами и электронными весами и с их помощью определять массу тел.

Оборудование: рычажные весы с набором грузов, электронные весы с кнопкой обнуления, болт, игрушечная машинка, камень, деревянное полено, алюминиевый цилиндр, золотой самородок, кнопка сброса.

213. Virtual laboratory assignments in physics «Measuring body weight using lever and electronic scales» - http://efizika.ru/html5/213/index.html

The purpose of the work: to learn how to use lever scales and electronic scales and use them to determine the mass of bodies.

Equipment: lever-arm balance with a set of weights, electronic scale with a tare button, bolt, toy car, rock, wooden log, aluminum cylinder, gold nugget, reset button.

Виртуальная лабораторная работа по физике

Тема: «Измерение массы тела при помощи рычажных и электронных весов»

Цель работы:

1. Освоить принципы работы рычажных и электронных весов.

2. Научиться правильно измерять массу различных тел.

3. Сравнить точность, удобство и особенности двух типов весов.

4. Закрепить понимание различий между массой и весом.

Оборудование (виртуальное):

• Рычажные весы (с набором гирь разной массы).

• Электронные весы.

• Набор тел для взвешивания (например: металлический цилиндр, пластиковый кубик, грузик неправильной формы, жидкость в стакане).

• Интерактивный рабочий журнал для записи результатов.

Часть 1: Теоретическая подготовка

Краткие теоретические сведения

Масса – это физическая величина, являющаяся мерой инертности тела. Измеряется в килограммах (кг). Вес – это сила, с которой тело давит на опору или растягивает подвес вследствие гравитационного притяжения. Измеряется в Ньютонах (Н). Масса постоянна, вес может меняться (например, на других планетах).

Принцип работы рычажных весов:
Рычажные весы работают по принципу равновесия рычага 1-го рода. На концах рычага действуют силы: вес тела на одной чаше и вес гирь на другой. Когда рычаг уравновешен, моменты этих сил равны. Поскольку плечи рычага равны и ускорение свободного падения g одинаково, выполняется равенство: m_тела * g * L = m_гирь * g * L, откуда m_тела = m_гирь. Масса тела равна суммарной массе гирь.

Принцип работы электронных весов:
В основе большинства электронных весов лежит тензометрический датчик. Под платформой весов находится упругий элемент, который微деформируется (сжимается) под действием силы тяжести тела. На этот элемент наклеены тензорезисторы, чье электрическое сопротивление меняется при деформации. Электронная схема измеряет это изменение, пересчитывает его в значение силы (веса P = m*g), а затем делит на g, чтобы получить значение массы m, которое и выводится на дисплей.

Правила взвешивания:

• На рычажных весах: Убедиться, что весы уравновешены при пустых чашах (исправить регулятором нуля). Осторожно класть тело на левую чашу. Гири брать только пинцетом. Начинать подбор гирь с самой большой.

• На электронных весах: Включить весы. Дождаться индикации нуля. Аккуратно поместить объект в центр платформы. Дождаться стабилизации показаний.

Часть 2: Практическая (интерактивная) часть

(Здесь описывается логика работы симулятора, который можно реализовать, например, на HTML5 или в специальной среде разработки)

Интерфейс симулятора:
Экран разделен на две зоны: слева – рычажные весы с набором гирь, справа – электронные весы. Ниже – стол с объектами для взвешивания. Сбоку – таблица для внесения результатов.

Ход работы:

1. Упражнение 1: Взвешивание стандартного тела.

   • Задание: Измерьте массу металлического цилиндра на обоих типах весов.

   • Действия пользователя:

     • Перетащите цилиндр на левую чашу рычажных весов.

     • С помощью мыши (или пинцета в интерфейсе) перетаскивайте гири разной массы на правую чашу, пока рычаг не займет горизонтальное положение.

     • Запишите результат в таблицу (m1_рычаж = 100 г + 20 г + 2 г = 122 г).

     • Перетащите тот же цилиндр на платформу электронных весов.

     • Запишите показания с дисплея (m1_электр = 122.3 г).

2. Упражнение 2: Взвешивание тела неправильной формы.

   • Задание: Измерьте массу небольшого грузика неправильной формы.

   • Действия пользователя: Повторите процедуру. Пользователь на практике убедится, что для рычажных весов форма тела не важна, и результат должен совпасть с предыдущим опытом (если массы тел задуманы равными).

3. Упражнение 3: Взвешивание жидкости.

   • Задание: Измерьте массу воды в стакане.

   • Действия пользователя: Это задание демонстрирует важность тары. Пользователь должен сначала взвесить пустой стакан, записать его массу, затем взвесить стакан с водой и найти массу воды путем вычитания. Электронные весы часто имеют функцию «Тара» (обнуление массы контейнера). Пользователь может нажать кнопку «Tare» на электронных весах с пустым стаканом, а затем налить воду – на дисплее сразу отобразится масса воды.

4. Контрольный вопрос:

   • «Что покажут электронные весы и рычажные весы, если провести взвешивание на Луне? Объясните ответ.»

   • Ответ: Рычажные весы покажут ту же массу, так как и тело, и гири в одинаковой степени уменьшатся в весе. Электронные весы, откалиброванные на Земле, покажут неверный результат, так как они измеряют вес и делят его на земное g. На Луне они покажут массу в 6 раз меньше, хотя истинная масса тела не изменилась.

Таблица для записи результатов:

Выводы (для студента):

В ходе виртуальной работы я:

1. Освоил принцип действия рычажных и электронных весов.

2. Измерил массу тел двумя методами. Результаты совпали с ожидаемой точностью, небольшие расхождения обусловлены погрешностью виртуального прибора.

3. Убедился, что рычажные весы измеряют массу непосредственно путем сравнения с эталоном (гирями). Их показания не зависят от силы тяжести в месте измерений.

4. Убедился, что электронные весы измеряют вес, а затем вычисляют массу. Их показания зависят от калибровки и значения g.

5. Научился правильно учитывать массу тары при взвешивании сыпучих и жидких веществ.

Таким образом, оба типа весов предназначены для измерения массы, но основаны на разных физических принципах, что определяет их особенности применения.

Примечание для разработчика: Для реализации симулятора необходимо создать графические элементы весов с анимацией (качание рычага, цифры на дисплее), прописать физику уравновешивания моментов сил для рычажных весов и алгоритм генерации показаний с небольшой случайной погрешностью для электронных.