Решение

Городская олимпиада (3-й этап) 2011 9 класс № Э2

Часть 1. Одна резинка.

В таблице 1 приведены измеренные значения удлинения резинок , а также рассчитанные относительные удлинения при всех значениях числа подвешенных грузов для двух различных значений начальной длины.

Таблица 1.

=30 см =20 см
, мм , мм
0 0 0,00 0 0 0,00
1 13 0,04 1 11 0,06
2 79 0,26 2 55 0,28
3 207 0,69 3 135 0,68
4 328 1,09 4 212 1,06
5 439 1,46 5 277 1,39
6 476 1,59 6 311 1,56
6 476 1,59 6 311 1,56
5 461 1,54 5 298 1,49
4 432 1,44 4 277 1,39
3 364 1,21 3 221 1,11
2 135 0,45 2 82 0,41
1 45 0,15 1 21 0,11
0 13 0,04 0 5 0,03

На рис.1 показаны графики полученных зависимостей удлинений резинок от числа подвешенных грузов. На обоих графиках четко наблюдается гистерезис, то есть деформации резинок при разгрузке больше, чем при нагрузке (остаточные деформации). На рис. 2 показаны относительные деформации резинок – они одинаковы (с точностью до ошибок измерения) для двух начальных длин.

Часть 2. Сдвоенная резинка.

Экспериментально полученные результаты измерений зависимости удлинений сдвоенной резинки от числа подвешенных грузов представлены в таблице 2 и на графике 3 (по условию его строить не требуется).

Таблица 2.

, см
0 0,0
1 1,0
2 1,5
3 2,0
4 4,5
5 7,5
6 10,5
6 10,5
5 8,0
4 6,0
3 3,0
2 2,0
1 1,0
0 0,0

В первой части работы показано, что относительная деформация резинки не зависит от ее длины. Поэтому для построения теоретической зависимости удлинения сдвоенной резинки можно построить графики зависимости удлинения каждой из частей резинок (используя формулу ) от массы подвешенных грузов. Так как для «параллельно» соединенных резинок удлинения одинаковы, а суммарная сила упругости равна сумме сил упругости обоих резинок, то следует провести «сложение» графиков «по горизонтали». Иными словами для нескольких значений в интервале от 0 до 10 см просуммировать значения масс, якобы подвешенных грузов. Такие построения показаны на рис. 4, где:

1 – удлинения для резинки 20 см;
2 – удлинения для резинки 10 см;
3 – просуммированный график;
4 – экспериментальные значения.

Чтобы не загромождать чертеж, результаты расчетов приведены только для «нагрузки».

Как видно из графика наблюдается соответствие между экспериментальной и рассчитанной зависимостями.