Решение

Республиканская олимпиада 2014 9 класс № Э1

Часть 1. Закон Гука.

Результаты измерений зависимости длины первой (), второй () и сдвоенной () от числа подвешенных грузов () приведены в таблице. Измерены значения при нагрузке и разгрузке, что показать отсутствие остаточных деформаций.
Таблица 1.

, мм , мм ,мм
1 135 136 98
2 145 140,5 99
3 155 145,5 101,5
4 165 150,5 104,5
5 176 156 108
6 186 161 111,5
7 196 166 115
8 206 171 118
9 216 176 121,5
10 226 180,5 125
9 216 176
8 206 171
7 196 166
6 186 161
5 176 156
4 165,5 151
3 155,5 146
2 145,5 140,5
1 135,5 136
, мм 10,12 5,02 3,14
Нм

Предпочтительнее строить зависимость удлинения от числа подвешенных грузов, потому, что именно в этом случае строго выполняются условия применимости метода наименьших квадратов.
Эта линейная зависимость описывается формулой

По коэффициенту наклона этой зависимости следует найти коэффициент упругости в законе Гука

Учитывая, что приложенной силой является сила тяжести1 (Н), коэффициент жесткости в системе СИ следует рассчитывать по формуле
м

1 [^1]

Результаты расчетов этих коэффициентов приведены в последних строках таблицы 1.
Ниже приведены графики полученных зависимостей.

Выводы:

  1. Так как полученные зависимости линейны, то закон Гука выполняется.
  2. В пределах погрешности выполняется соотношение , что соответствует теоретическим выводам.

Часть 3. «Перпендикулярное соединение»
Результаты измерений вертикального смещения , мм от числа подвешенных грузов приведены в таблице 2.
Таблица 2.

Выводы.

  1. Полученная зависимость нелинейная, причем при увеличении числа грузов изменение смещения уменьшается (жесткость возрастает).

  2. Можно предложить различные варианты формул, описывающих полученные данные, например квадратичную, с отрицательным коэффициентом при квадрате: Так кривая проходит через начало координат, то квадратичную зависимость можно записать в виде:

На рисунке (отмечены ромбами) проведена такая зависимость.

Примечания

  1. 1. масса одного груза 50 г, поэтому сила тяжести одного груза 0,5 Н