Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Штангенциркуль электронный -- 5 ш. на класс.
Плотность воды
К секундомеру прилагается Инструкция по его использованию, при необходимости обращайтесь к организаторам за помощью.
В данном задании исследуется медленное движение пластикового поплавка в узкой вертикальной трубке.
С помощью шланга вы можете заполнять трубку водой, всасывая ее ртом через шланг, после заполнения трубки водой перекройте шланг с помощью зажима. Для извлечения поплавка можно выдуть его в стакан вместе с водой.
Используйте санитарную (дезинфицирующую) салфетку для протирки конца силиконового шлага, прежде чем брать его в рот!
В зависимости от количества пластилина внутри трубки она может, как всплывать, так и тонуть в вертикальной стеклянной трубке.
Рекомендуем трубочку заполнять пластилином последовательно. Используйте для этого гвоздик, плотно набивайте пластилин, без полостей внутри него.
1.1 Измерьте законы движения поплавка при различных длинах столбиков пластилина внутри. Результаты измерений занесите в Таблицу 1.
Погляди, как поплавок проходит деления шкалы — какие величины ты будешь регистрировать и в каких точках? Подумай, где движение уже установившееся и где лучше начинать отсчёт времени.
Записывай для каждой длины пластилина последовательность времён прохождения каждой отметки шкалы; это база для построения зависимостей
- Подготовь таблицу: в строках — номера делений
, в столбцах — измеренные времена для каждой длины . - Для каждой длины выполняй минимум 10 этапов секундомера в установленной верхней части трубки.
- Проверь и отметь исключительные замеры (сбоев) перед дальнейшим анализом.
1.1
Таблица 1. Результаты измерений и расчетов.
| Длины пластилина (мм) |
7 | 10 | 14 | 18 | 23 | 25 | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Отметка шкалы (деления) |
|||||||
| 0 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | 0,00 | |
| 1 | 0,51 | 0,50 | 0,55 | 0,70 | 1,56 | 3,10 | |
| 2 | 0,95 | 0,96 | 1,08 | 1,48 | 3,31 | 6,50 | |
| 3 | 1,33 | 1,39 | 1,59 | 2,36 | 4,99 | 10,03 | |
| 4 | 1,70 | 1,79 | 2,06 | 3,04 | 6,48 | 13,19 | |
| 5 | 2,05 | 2,18 | 2,54 | 3,88 | 8,08 | 16,50 | |
| 6 | 2,46 | 2,76 | 3,04 | 4,57 | 9,68 | 19,52 | |
| 7 | 2,91 | 3,16 | 3,49 | 5,26 | 11,32 | 23,06 | |
| 8 | 3,30 | 3,51 | 3,96 | 6,02 | 12,86 | 26,17 | |
| 9 | 3,81 | 3,94 | 4,44 | 6,67 | 14,31 | 28,99 | |
| 10 | 4,28 | 4,37 | 4,92 | 7,44 | 15,96 | 32,37 | |
| Средняя скорость (дел./с) |
2,303 | 2,053 | 1,341 | 0,627 | 0,308 | 2,303 | |
| Погрешность скорости |
0,051 | 0,032 | 0,024 | 0,006 | 0,004 | 0,051 |
1.2 Постройте графики законов движения для каждого значения длины столбика пластилина
Пояснение: вы непосредственно должны измерять времена прохождения поплавка через отметки на шкале. Поэтому для более корректной обработки результатов следует строить зависимости
1.2 Графики законов движения
1.3 Укажите, можно ли считать движение поплавка равномерным, ответ кратко обоснуйте.
1.3 Можно ли считать движение равномерным?
Так как графики полученных зависимостей линейны, то движение можно считать равномерным.
1.4 Для каждой длины столбика пластилина рассчитайте средние скорости движения поплавка по всему участку измерений. Укажите, каким способом Вы рассчитывали эти скорости. Результаты измерений занесите в Таблицу 1.
1.4 Метод расчета средней скорости
По МНК рассчитаны коэффициенты линейных зависимостей
Скорости движения рассчитаны по формуле
1.5 Для минимального и максимального столбиков оцените погрешности измерения скорости движения. Результаты занесите в Таблицу 1.
1.5 Метод расчета погрешности скорости
Погрешности измерения скорости рассчитаны по формуле
1.6 Постройте график зависимости скорости всплытия поплавка от длины столбика пластилина в нем.
2.1 Исследуйте закон движения трубочек разной длины. Результаты измерений занесите в Таблицу 2.
2.1 -- 2.3 Таблица 2. Измерение законов движения, результаты расчетов.
| 10 | 18 | 36 | |
|---|---|---|---|
| 0 | 0,00 | 0,00 | 0,00 |
| 1 | 3,03 | 1,80 | 1,30 |
| 2 | 6,37 | 3,67 | 2,63 |
| 3 | 9,86 | 5,75 | 3,97 |
| 4 | 12,64 | 7,47 | 5,30 |
| 5 | 15,86 | 9,48 | 6,53 |
| 6 | 19,39 | 11,53 | 7,86 |
| 7 | 22,76 | 13,59 | 9,17 |
| 8 | 25,81 | 15,79 | 10,60 |
| 9 | 28,68 | 17,58 | 11,87 |
| 10 | 31,83 | 19,82 | 13,23 |
| Скорость (дел./с) |
0,314 | 0,505 | 0,756 |
Графики законов движения
2.2 Постройте графики законов движения всех трубочек
2.3 Постройте график зависимости скорости движения трубочек от их длины.
2.4 Качественно объясните характер полученной зависимости. Достаточно объяснить возрастание или убывание этой скорости при увеличении длины трубочки.
2.4 Объяснение полученной зависимости.
При увеличении длины трубки разность сил тяжести и «силы Архимеда» растет быстрее, чем сила Вязкого трения. Главное, что традиционная формула для силы Архимеда при движении поплавка не применима -- эта сила становится зависящей от скорости движения поплавка
3.1 Постройте теоретическую модель, позволяющую рассчитать плотность пластилина, используя результаты изучения законов движения. Приведите формулу, по которой можно рассчитать плотность пластилина.
Используй зависимость скорости от длины из части 1: скорость стремится к нулю при таком значении длинны пластилина, при котором средняя плотность поплавка равна плотности воды.
Предположи линейную аппроксимацию
- Построй аппроксимирующую прямую для
и продли её до пересечения с осью , чтобы найти при . - Запиши уравнение равновесия средней плотности поплавка и смеси пластилин+трубочка, связывающее
, и геометрию трубочки (общую длину и распределение материалов). - Вырази плотность пластилина
из полученной зависимости (результат оставить в символическом виде).
3.1 Теоретическая модель
Вполне очевидно, что при малых скоростях движения и ламинарном течении жидкости между трубкой и поплавком, скорость движения поплавка пропорциональна разности плотности воды и средней плотности поплавка. При равенстве этих плотностей скорость поплавка стремится к нулю.
Полученный график зависимости подтверждает эту идею -- при малых скоростях скорость всплывания линейно зависит от массы поплавка (от длины столбика пластилина внутри). По графику можно найти значение длины столбика
Так как плотность полиэтилена примерно равна плотности воды, то при расчетах ее можно не учитывать. Средняя плотность внутренней части трубки рассчитывается элементарно (массой воздуха, естественно пренебрегаем):
Откуда следует, что плотность пластилина
3.2 Приведите полученное численное значение плотности пластилина.
Примечание. Традиционные способы измерения плотности (по измерению массы и объема; использованию закона Архимеда и т.д.) оцениваться не будут.
3.2 Рассчитанное значение плотности пластилина
Отметим, что измерения плотности пластилина с помощью электронных весов дало значение
Похожие задачи
Магнитная вязкость
При движении намагниченного шарика внутри металлической трубки (в этом эксперименте – алюминиевой) в стенках трубки возникают токи намагничивания …
У Р Б П ≈4/5 Э1
Мыльное трение
Приборы и оборудование: штатив, кусок мыла, секундомер, линейка, доска, резиновая полоса, набор грузов (100, 50, 20, 10 г), влажная салфетка.
Полоску …
Вода и масло
Приборы и оборудование: две собранные установки, описание которых дано ниже; Масло подсолнечное вода, 2 шприца, стаканчики одноразовые …
У Р Б П ≈4/5 Э2
Изучение теплового расширения
В данной работе вам необходимо исследовать законы теплового расширения воды и воздуха.
Плотность воды при комнатной температуре считайте равной …
Влияние вращения Земли?
- Во всех пунктах задания (кроме п. 2.3) повторные измерения не требуются. Однако при необходимости Вы можете провести эти измерения. Для записи их …
Экспериментальная задача 10-2
Вам необходимо исследовать процесс теплопередачи по
металлическим стержням и трубке, заполненной водой. В качестве
источника тепла используйте пламя …