Решение
Городская олимпиада (3-й этап) 2015 10 класс № Э2Результаты измерений зависимости удлинения резинки от числа подвешенных грузов при нагрузке и разгрузке приведены в таблице 1. На рис. 1 приведен график полученной зависимости.
Таблица 1. Удлинение одинарной резинки.
| Нагрузка | Разгрузка | |||
|---|---|---|---|---|
| 0 | 22 | 0 | 23 | 1 |
| 1 | 25 | 3 | 27 | 5 |
| 2 | 30 | 8 | 34 | 12 |
| 3 | 37 | 15 | 45 | 23 |
| 4 | 49 | 27 | 65 | 43 |
| 5 | 61 | 39 | 81 | 59 |
| 6 | 71 | 49 | 90 | 68 |
| 7 | 80 | 58 | 95 | 73 |
| 8 | 88 | 66 | 97 | 75 |
| 9 | 94 | 72 | 99 | 77 |
| 10 | 100 | 78 | 100 | 78 |
Заметные различия в двух кривых объясняются остаточными деформациями резины.
1.2 В качестве независимых от геометрических размеров параметров можно выбрать
Таблица 2. Сравнение одинарное и двойной резинок.
| Одинарная резинка | Двойная резинка | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 0 | 31,5 | 0 | 0,000 | 0 | 15,00 | 0,00 | 0,000 |
| 50 | 34,5 | 3 | 0,095 | 25 | 16,00 | 1,00 | 0,067 |
| 100 | 40,3 | 8,8 | 0,279 | 50 | 16,80 | 1,80 | 0,120 |
| 150 | 52,7 | 21,2 | 0,673 | 75 | 18,30 | 3,30 | 0,220 |
| 200 | 69,8 | 38,3 | 1,216 | 100 | 20,40 | 5,40 | 0,360 |
| 250 | 87,8 | 56,3 | 1,787 | 125 | 23,20 | 8,20 | 0,547 |
| 300 | 104,7 | 73,2 | 2,324 | 150 | 26,70 | 11,70 | 0,780 |
| 350 | 119,2 | 87,7 | 2,784 | 175 | 30,90 | 15,90 | 1,060 |
| 400 | 130,5 | 99 | 3,143 | 200 | 35,70 | 20,70 | 1,380 |
| 450 | 138,8 | 107,3 | 3,406 | 225 | 40,00 | 25,00 | 1,667 |
| 500 | 146 | 114,5 | 3,635 | 250 | 44,60 | 29,60 | 1,973 |
| 550 | 151 | 119,5 | 3,794 | 275 | 48,70 | 33,70 | 2,247 |
| 600 | 155,9 | 124,4 | 3,949 | 300 | 52,90 | 37,90 | 2,527 |
На рис. 2 приведены графики полученных зависимостей – они практически совпадают.
1.4 -1.5 Для расчета теоретической зависимости удлинения от приложенной силы проще рассчитать обратную зависимость: суммарной силы упругости от деформации.
Пусть длина меньшей части резинки равна
Если в расчетах по этой формуле получается отрицательная величина, то ее следует положить равной нулю (т.к. резинка еще не деформирована). Далее следует рассчитать относительные деформации каждой частей резинок.
Затем с помощью тщательно построенного графика зависимости силы упругости от относительной деформации (по данным таблицы 2 (рис. 3) можно найти значения сил упругости каждой из частей резинок. Сумма этих сил равна приложенной силе тяжести. Формально эта процедура описывается формулой
Где
Таблица 3.
| dl, см | eps1 | eps2 | F₁ | F₂ | F,г |
|---|---|---|---|---|---|
| 5 | 0,42 | -0,06 | 117 | 0 | 117 |
| 10 | 0,83 | 0,22 | 165 | 84 | 249 |
| 15 | 1,25 | 0,50 | 203 | 128 | 331 |
| 20 | 1,67 | 0,78 | 239 | 160 | 399 |
| 25 | 2,08 | 1,06 | 278 | 185 | 463 |
| 30 | 2,50 | 1,33 | 319 | 210 | 529 |
| 35 | 2,92 | 1,61 | 368 | 421 | 790 |
Результаты измерений оказываются близкими к рассчитанной зависимости.
