Условие

Республиканская олимпиада 2022 10 класс № Э1

Приборы и оборудование: Штатив с лапкой и кольцевой подставкой, катушка ниток, кусок пластилина, секундомер с памятью этапов, линейка, деревянная палочка с двумя алюминиевыми шариками, 2 пластиковые полоски, кусок сухой ткани, 2 деревянные палочки.

Основу установки составляют крутильные весы: длинный стержень с двумя одинаковыми шариками на концах (коромысло), симметрично подвешенный на двух параллельных длинных нитях к еще одной деревянной палочке сверху. Подобную установку использовал О. Кулон при проведении своих экспериментов, поэтому она должна быть вам знакома. На рисунке обозначено:
- длины нитей; - расстояние между нитями;
- расстояние между центрами шариков.

Отметим, что закручивание нитей может проводиться как снизу (при закручивании коромысла с шариками), так и при повороте палочке сверху. Оба этих угла поворота можно измерять с помощью угломерных шкал. В качестве «источника» электростатического поля используйте пластиковую полоску, потертую о кусок ткани. Прикасаться ею к шарикам не следует.

Вам необходимо измерить (конечно, на таком примитивном приборе скорее оценить) силу взаимодействия между наэлектризованной пластиковой полоской и незаряженным металлическим шариком в зависимости от расстояния между ними.

Часть 1. Градуировка крутильных весов

В этой части вам необходимо установить зависимость угла закручивания коромысла от момента силы. приложенной к шарикам коромысла.
Обозначим массу коромысла (она будет указана Вам в лаборатории во время выполнения задания). Обозначения геометрических параметров крутильных весов указаны на рисунке, Вы их можете измерить и при необходимости устанавливать самостоятельно.

1.1 Рассчитайте момент силы, действующий на коромысло со стороны нитей подвеса, при повороте коромысла на малый угол .

1.2 К шарикам прикладывают одинаковые по модулю и противоположно направленные силы , направленные перпендикулярно коромыслу. Покажите, что угол закручивания коромысла при малых углах поворота и силы пропорциональны друг другу

1.3 Выразите значение коэффициента через массу шарика, ускорение свободного падения и геометрические параметры крутильных весов.

Прежде чем переходить к систематическим измерениям, проведите пробный качественный эксперимент. Длины нитей должны быть примерно равны 40 см, их изменять не следует.

Потерев одну из пластиковых полосок тканью (сообщив ей некоторый электрический заряд), поднесите полоску к шарику и убедитесь, что шарик притягивается к полоске. Подберите такое расстояние между нитями , чтобы Ваши весы «чувствовали» притяжение полоски на расстоянии 3-4см (от шарика до полоски).

1.4 Укажите найденное значение расстояния между нитями, обозначим соответствующий параметр .

Если сила хорошо описывается формулой (1), то крутильные колебания будут происходить с периодом, который определяется по формуле

Где - масса одного шарика.

1.5 Измерьте зависимость периода крутильных колебаний от расстояния между нитями подвеса, в диапазоне, включающем значение .

1.6 Сравните вид полученной зависимости с Вашими теоретическими изысканиями.

Если формула (1) применима, то период крутильных колебаний не зависит от их амплитуды. Установите расстояние между нитями равным и больше его не изменяйте.

1.7 Измерьте зависимость периода крутильных колебаний от их амплитуды (максимального угла закручивания). Постройте график полученной зависимости. Укажите интервал углов закручивания, в котором формула (1) применима.

Часть 2. Электростатические взаимодействия.

Предложите методику измерения силы притяжения шарика к полоске с помощью имеющегося прибора. Приведите схему установки, кратко опишите последовательность Ваших действий.

2.1 Измерьте зависимость силы притяжения (в Ньютонах) шарика к наэлектризованной полоске от расстояния между ними. Постройте график этой зависимости.

2.2 Подчиняется ли полученная вами зависимость закону Кулона? Назовите основные причины возможных отклонений от закона Кулона.

Последние советы.

  1. Старайтесь каждые раз электризовать полоски одинаково.
  2. Используйте «симметричную» схему: у вас два шарика, две полоски, две нити...
  3. Результаты будут более точными, если вы будите закручивать нити сверху, как это делал О. Кулон
  4. Рекомендуем использовать метод отрыва ... думайте!!!
Э1 Еще одна колебательная система!

Приборы и оборудование: штатив, спица вязальная (длинная), пластинка из жести; ластик, разрезанный на две равные части, секундомер, транспортир …

 Городская3-й этап 2017 11 кл. Момент инерцииЦентр массПотенциальная энергия У Р Б П ≈3/5 Э1 Изучение весов

Погрешность следует рассчитывать только в последнем пункте (3.3) данного задания.
Рычажные весы - один простейших и древнейших измерительных …

 Городская3-й этап 2020 10 кл. Статика: условия равновесияСила тяжести и вес телаГрафик как физический инструмент: наклон, площадь, пересечение и касательная У Р Б П ≈3/5 Э2 Конструирование весов

Оборудование: Штатив с лапкой, спица металлическая, нитки, линейка, мензурка высокая, пластилин, гвоздь 150 мм, набор разновесов, скрепки …

 Городская3-й этап 2022 9 кл. Вращательное движение. Момент силыСтатика: условия равновесияУстойчивость, ветви равновесия и срыв У Р Б П ≈3/5 Э1 Экспериментальная задача 10-1

Маятник состоит из стрежня с закрепленными на
нем двумя одинаковыми грузами.

  1. Покажите, что если считать грузы
    материальными точками и пренебречь …
 РеспубликанскаяРесп. 2003 10 кл. Момент инерцииГармонические колебания: кинематикаПружинный маятник У Р Б П ≈3/5 Э2 Трение и равновесие

Приборы и оборудование: Нитки, кнопки канцелярские, набор грузов г, линейка 40 см.
В данной работе вам предстоит исследовать условия …

 РеспубликанскаяРесп. 2009 9 кл. Статика: условия равновесияСухое трениеГрафик как физический инструмент: наклон, площадь, пересечение и касательная У Р Б П ≈3/5 Э2 Экспериментальная задача 9-2

Стержень, подвешенный горизонтально на двух длинных нитях, можно закрутить, после чего он начнет расскручиваться. Ваша задача исследовать динамику …

 РеспубликанскаяРесп. 2003 9 кл. Ускорение. Равноускоренное движениеВращательное движение. Момент силыГрафик как физический инструмент: наклон, площадь, пересечение и касательная У Р Б П ≈3/5
Нужна подсказка? →