Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.В данной работе Вам необходимо исследовать вертикальное движение пузырьков масла и воздуха в вязкой жидкости.
Сначала аккуратно соберите установку: с помощью скотча прикрепите пробирку к линейке, заполните пробирку жидким мылом, примерно 2 см по высоте пробирки оставьте место для воздуха, плотно закройте пробирку пробкой, проткните пробку иголкой для шприца, так, что бы с помощью шприца внутрь пробирки можно было впускать небольшие порции масла, или воздуха. Закрепите линейку с пробиркой в штативе вертикально, пробкой вниз.
Теперь, запуская с помощью шприца внутрь пробирки небольшую порцию масла, Вы можете наблюдать подъем пузырька и измерять характеристики его движения.
При движении пузырька масла (или воздуха) на него действует сила сопротивления, которая пропорциональна скорости движения пузырька
1.1 Покажите экспериментально, что при всплытии пузырек движется равномерно. Проведите необходимые измерения, постройте график закона движения. рассчитайте скорость этого движения, оцените погрешность измерения скорости.
(Эти измерения можно провести для одного пузырька, укажите его радиус).
Нарисуй схему движения пузырька и заметь, меняется ли скорость заметно за наблюдаемое время; засечь моменты прохождения одинаковых отметок на линейке.
Запиши условие стационарного движения как баланс сил: разность Архимедовой силы и веса равна силе сопротивления. Это даёт уравнение вида
- Замерь координаты пузырька в заранее отмеченные моменты времени и построй график
. - Оцени скорость как наклон прямой через точки, используя МНК, и оцени погрешность наклона.
- Повтори измерения для ≳10 пузырьков разного радиуса и собери пары
. - Построй линеаризованный график (например,
против или против при предположении о степени) и выразите из полученной системы.
1.1 Времена всплытия масляных пузырьков составляют несколько минут. Для доказательства равномерности движения необходимо экспериментально измерить закон движения пузырька: зависимость координаты от времени. Для этого следует использовать секундомер с памятью этапов: заранее отметить 10 точек на линейке и засечь времена прохождения пузырька через эти отметки.
График экспериментальной зависимости весьма близок к прямой, что и доказывает равномерность движения пузырька.
Наиболее точным методом расчета скорости является метод наименьших квадратов, коэффициент наклона зависимости
1.2. Исследуйте зависимость скорости пузырька от его радиуса. Постройте график полученной зависимости. На основании полученных данных определите показатель степени
1.2 Для получения зависимости скорости пузырька от его радиуса измерения необходимо провести не менее, чем для 10 различных пузырьков. График зависимости скорости пузырька от его радиуса является параболой, что можно доказать и линеаризацией
Из которого следует, что
где
Так как в эксперименте оказалось, что скорость пропорциональна квадрату скорости, то из этого следует, что показатель степени равен
2.1 – 2.2 Проведите измерения п.1.1 - 1.2 для пузырьков воздуха.
Повтори измерения, как для масляных пузырьков, но обрати внимание, что характерные времена всплытия короче; отметь радиус каждого пузырька.
Для воздушного пузырька в стационарном режиме действует то же уравнение равновесия сил; плотностью воздуха можно пренебречь, поэтому уравнение принимает вид
- Измерь
и найди установившуюся скорость методом наклона прямой, оценив погрешность. - Повтори для множества радиусов и собери пары
. - Построй линеаризованный график для проверки степенной зависимости скорости от радиуса и сравни с результатом для масляных пузырьков.
- Выразите
из полученной системы.
3.1 Используя полученные экспериментальные данные, найдите отношение плотности масла к плотности жидкого мыла.
.
Республиканская физическая олимпиада 2022 года
(Заключительный этап)
Экспериментальный тур
Сравни скорости всплытия двух пузырьков одинакового радиуса: масляного и воздушного; подумай, от какой величины зависит их отношение.
Раздели уравнения установившегося движения для масляного и для воздушного пузырьков, чтобы исключить неизвестный коэффициент
- Возьми пары скоростей для одинаковых радиусов
(масло) и (воздух) из твоих данных. - Подставь в отношение скоростей, полученное делением уравнений, и учти, что плотностью воздуха можно пренебречь.
- Реши полученное соотношение относительно искомой величины.
- Выразите отношение плотностей
из полученной формулы.
3.1 Для скорости установившегося движения воздушного пузырька справедлива формула.
аналогичная формуле (2), в которой можно пренебречь плотностью воздуха:
Отношение скоростей двух пузырьков одинакового радиуса зависит от плотностей
следующим образом:
Из этой формулы следует, что
Конечно, более предпочтительным является расчет по коэффициентам наклона зависимостей
2022 года
(Заключительный этап)
Экспериментальный тур
Решения задачПохожие задачи
Сползание капель
Оборудование: штатив с лапкой, наклонная плоскость оклеенная скотчем (доска длиной
Долгопериодный маятник
Приборы и оборудование: крутильный маятник (линейка с грузами на подвесе в штативе), секундомер с памятью этапов, линейка 1 м, лазер с блоком …
У Р Б П ≈4/5 Э2
Куда направлена сила трения?
Приборы и оборудование: штатив с лапкой, карандаш, небольшой деревянный брусок, металлический цилиндр, листы бумаги А4, деревянная дощечка, большой …
У Р Б П ≈4/5 Э2
Кручение и верчение
Добрый совет: не пытайтесь построить строгую теоретическую модель – помните сегодня Вы «чистый» экспериментатор!
Движение тела не всегда бывает …
Докатились?!
Оборудование: бутылка пластиковая круглая
В данной задаче Вам …
У Р Б П ≈4/5 Э1
Как по маслу!
Оборудование: трубка пластиковая известного диаметра, стержень металлический известного диаметра, кусочек пластилина, мензурка со шкалой, линейка.
В …