В данной части нить «зациклена», поэтому суммарная масса нити висящей нити остается постоянной, причем с разных сторон блока массы нитей остаются постоянными. Результаты измерений, аналогичных, проведенным в предыдущих частях задания, приведены в Таблице 3 и на графике рис. 6.
Таблица 3.
, м
, с
, с
, с
, с
, с
, с
0,3
1,48
1,74
1,66
1,53
1,48
1,58
0,6
2,85
2,94
2,93
2,81
2,87
2,88
0,9
4,24
4,41
4,35
4,30
4,25
4,31
1,2
5,92
5,86
5,81
5,86
6,02
5,89
1,5
7,75
7,46
7,34
7,23
7,47
7,45
Полученная зависимость очень близка к линейной, что говорит о том, что и в данном случае движение близко к равномерному. Этот же вывод подтверждает и уже традиционная линеаризация. (рис. 7) — средняя скорость остается постоянной. Объяснение подобного неожиданного результата требует дальнейших исследований.
Задача 9-2 Теплоёмкость и теплоотдача
и 2. Зависимость температуры системы 1 (мензурка, заполненная водой) и системы 2 (мензурка, с помещённым в неё металлическим стержнем, заполненная водой) от времени при охлаждении.
Время охлаждения системы 1 , с
Время охлаждения системы 2 , с
Температура систем 1 и 2 , °C
Система 1 , °C/с
Система 2 , °C/с
Разность температур между системой тел и окружающей средой , °C
0
0
44,0
0,0105
0,0115
24,8
95,0
87,0
43,0
0,0102
0,0108
23,8
193
180
42,0
0,0097
0,0100
22,8
296
280
41,0
0,0094
0,0103
21,8
402
377
40,0
0,00917
0,00971
20,8
511
480
39,0
0,00893
0,00909
20,1
567
535
38,5
0,00833
0,00926
19,6
627
589
38,0
0,00862
0,00833
19,1
685
649
37,5
0,00862
0,00862
18,6
743
707
37,0
0,00794
0,00833
18,1
806
767
36,5
0,00806
0,00806
17,6
868
829
36,0
и 4. Приравнивая правые части (1) и (2) получим: То есть прямо пропорциональна . Построив график зависимости , определим интервалы температур, в которых мощность теплоотдачи систем тел при охлаждении прямо пропорциональна разности температур систем тел и температуры окружающей среды. Разность температур систем тел и окружающей среды (воздуха) определим как Отношение определим Температура окружающего воздуха во время эксперимента . Для удобства вычислений построим графики зависимости для обеих систем.
График 1. Зависимость для системы 1. График 2. Зависимость для системы 2. Графики подтверждают, что зависимость для обеих систем прямо пропорциональная, следовательно, для обеих систем выполняется уравнение (2).
5. Для определения теплоёмкости системы 1. необходимо определить массу воды в мензурке и массу мензурки. Массу мензурки определяем взвешиванием на весах:
Массу воды определим через произведение объёма на плотность. Объём воды определим с помощью большей мензурки: . .
Теплоёмкость системы 1 найдём как сумму теплоёмкости мензурки и содержащейся в ней воды: 6. Приведём уравнение (3) к виду: Тогда – тангенс угла наклона графика 1 к горизонтальной оси. Из графика находим, что . Единица измерения коэффициента – секунда. Данный коэффициент равен характерному времени, за которое система охлаждается до температуры окружающей среды. 7. Для определения теплоёмкости системы 2 определим тангенс угла наклона графика 2 к горизонтальной оси (). . Теплоёмкость системы 2 определим как 8. Найдём теплоёмкость воды, находившейся в системе 2. Объём воды в системе 2 будет меньше чем в системе 1 на объём металлического стержня. Объём стержня находим с помощью большей мензурки: Тогда Теплоёмкость стержня найдём как: Удельную теплоёмкость определим как: Массу стержня определим взвешиванием Удельная теплоёмкость металлического стержня: 9. Сравнивая полученное значение удельной теплоёмкости металлического стержня со справочными данными можно утверждать, что стержень изготовлен из сплава алюминия. То, что стержень изготовлен из сплавов алюминия, можно дополнительно убедиться, определив его плотность. Несоответствие результата интервалу справочных значений можно объяснить следующими факторами: – погрешностью измерений, которые, к радости для участников олимпиады, здесь не вычислялись. – пренебрежением теплоёмкостью термометра, и то, что при вычислениях не учитывалась масса вытесняемой им воды. – не учитывалось то, что температура стеклянного стакана мензурки, при охлаждении систем, не будет равна температуре воды, которую показывает термометр. – возможно в справочных материалах, из которых авторы задачи брали информацию об удельных теплоёмкостях металлов, не было значения удельной теплоёмкости того сплава, из которого сделан стержень, предоставленный участникам олимпиады.
Не хотите ли чаю?
Электронный термометр
Задача 9-2
Терморезистор – терморегулятор
Сифон
Утечка воздуха