Режим тренировки Edu
Баллы скрыты. Решайте по частям: открывайте подсказки и ответ только когда застряли, отмечайте решённое.Целью данной работы является исследование движение воды по пористой бумаге. Это движение является медленным, поэтому проведение измерений требует достаточного времени. Внимательно прочитайте условие задания, составьте разумный план работы, возможно, вам удастся некоторые эксперименты проводить одновременно..
Оценка погрешностей в данной работе не требуется.
- Намокание.
Закрепите полоску бумаги вертикально в лапке штатива, нижний край полоски опустите в стакан с водой, так чтобы он едва касался поверхности воды. На край полоски бумаги можете нанести шкалу карандашом, так чтобы она не влияла на движение воды.
1.1 Проведите измерения зависимости высоты подъема границы влажной части полоски от времени
Нарисуй полоску бумаги с отмеченной границей влажной зоны и началом отсчёта времени. Наблюдай, как меняется положение этой границы во времени — фикcируй моменты и соответствующие высоты.
Запиши результаты серией пар (t, z). Для дальнейшего анализа полезно собрать измерения через равные интервалы времени и контролировать одинаковость условий (тип бумаги, глубина контакта с водой).
- Подготовь таблицу значений t и z.
- Измеряй и записывай z(t) через равные интервалы времени до заметного замедления подъёма.
- Повтори эксперимент для надёжности и усредни близкие точки.
- Проверь согласованность данных и подготовь их к построению графика.
1.2 Постройте график полученной зависимости.
Построй сырое графическое представление: отложи время по оси абсцисс, высоту по оси ординат и нанеси точки измерений.
Чтобы выявить простую зависимость, попробуй линейные преобразования осей (например, построить график
- Нанеси точки (t, z) и оцени форму кривой.
- Построй дополнительный график
против и смотри, появляется ли линейная зависимость. - Оцени разброс точек и выбери наиболее линейную зависимость для аппроксимации.
- Определи коэффициенты линейной аппроксимации выбранного графика (угловой коэффициент и сдвиг).
1.3 Предложите простую функцию, описывающую полученную зависимость. Определите параметры этой зависимости.
Заметь, что скорость подъёма быстро убывает с ростом высоты и график становится всё более пологим; подумай, какое простое преобразование данных может дать прямую линию для удобной аппроксимации.
Моделируй процесс как движение жидкости по тонкому капилляру: при равновесии капиллярных и вязких сил получается простая правило зависимости высоты от времени, которое удобно линеаризовать для определения параметров.
- Запиши баланс капиллярных и вязких сил для полоски, получив дифференциальное уравнение для
. - Интегрируй это уравнение, чтобы получить зависимость между некоторой простой функцией от
и временем . - Построй экспериментальную зависимость этой функции от
и выполните линейную аппроксимацию (найди наклон и сдвиг). - Из полученной линейной зависимости выразите искомый параметр модели (коэффициент, характеризующий скорость подъёма).
1.4 Дайте качественное объяснение полученной зависимости.
- Стекание
Если полоску бумаги, использованную в части 1 данного задания, вынуть из воды, то граница влажной части полоски начнет медленно опускаться.
Сфокусируйся на балансе процессов: что замедляет подъём по мере увеличения высоты и откуда берётся движущая сила?
Объясни зависимость как следствие противостояния сил/потерь: сила, приводящая к подъёму (капилляя), компенсируется увеличивающимся сопротивлением (вязкое трение в порах), что даёт
- Определи, какая сила даёт подъём жидкости (капиллярный насос) и что ограничивает её (вязкое сопротивление в порах).
- Покажи, что с увеличением z возрастает сопротивление потоку, поэтому скорость
падает. - Свяжи это с наблюдаемой степенной зависимостью и объясни форму кривой (пологая при больших z).
- Сформулируй вывод: объясни, почему наблюдается выбранная в пункте 1.3 функция и какие факторы влияют на её параметры.
2.1 Проведите измерения зависимости высоты границы влажной части полоски от времени
После вынимания полоски из воды отметь момент начала отсчёта и следи, как опускается граница влажной зоны — фиксируй моменты и высоты.
Записывай пары (t, z) так же, как в части 1; условия (тип бумаги, влажность воздуха) держи постоянными, чтобы получить сопоставимые данные.
- Подготовь таблицу значений t и z при опускании границы.
- Измеряй z_2(t) через равные интервалы времени до установившегося состояния.
- Повтори измерения для надёжности и усредни данные при необходимости.
- Подготовь данные к построению графиков и сравнению с данными из части 1.
2.2 Постройте график полученной зависимости.
Построй график z_2(t) аналогично построению в части 1: время по оси x, высота по оси y.
Попробуй также построить
- Нанеси точки (t, z_2) и оцени форму кривой опускания.
- Построй график
против и оцени его линейность. - Выполни линейную аппроксимацию для наиболее подходящей зависимости.
- Сравни визуально кривые спуска и подъёма.
2.3 Предложите простую функцию, описывающую полученную зависимость. Определите параметры этой зависимости.
2.4 Проведите сравнение зависимостей
- Высыхание.
В данной части вам необходимо исследовать зависимость массы влажной полоски бумаги от времени в следствие испарения воды.
Самостоятельно сконструируйте рычажные весы (используя спицу (ее можно изгибать), нитки, штатив и другие материалы), позволяющие наблюдать изменение массы мокрой полоски с течением времени. От вас не требуется точное измерение масс – достаточно измерить вид ее зависимости от времени.
X класс. Экспериментальный тур. Вариант 1
6
3.1 Приведите схему ваших весов, а также результат их градуировки.
Полностью смочите полоску бумаги водой. Следите, чтобы при подвешивании этой полоски капли воды с нее не капали, при необходимости слегка осушите полоску с помощью салфеток.
Сделай эскиз самодельных весов: где подвешена полоска, где контрольный груз и как измеряется отклонение равновесия. Покажи принцип работы и шкалу градуировки.
Опиши метод градуировки: подвесь известные эталоны массы или используй симметричное смещение равновесия и свяжи его с относительными изменениями массы полоски (линейная калибровка показаний весов).
- Нарисуй схему весов с обозначением плеч, точек подвеса и индикатора отклонения.
- Проведи градуировку: подвесь несколько известных грузов или отметь смещения при известных относительных масcах.
- Построй калибровочную зависимость (смещение индикатора versus добавленная масса).
- Запиши уравнение градуировки, позволяющее переводить показания в относительные единицы массы.
3.2 Измерьте зависимость массы (можно в относительных единицах) влажной полоски бумаги от времени.
Полностью смочи полоску, аккуратно удалив стекающие капли, и подвесь её в весах; начни отсчёт времени и фиксируй показания через равные интервалы.
Фиксируй изменение показаний весов во времени и переводи их в относительную массу по калибровке; собирай пары (t, m) до устойчивого почти полного высыхания.
- Подвесь полоску и зафиксируй начальное значение массы
после удаления капель. - Измеряй показания весов через равные интервалы времени и переводи в относительную массу по градуировке.
- Повтори измерение для воспроизводимости и усредни серии.
- Подготовь данные для построения графика
.
3.3 Постройте график полученной зависимости.
3.4 Дайте качественное объяснение полученной зависимости.
X класс. Экспериментальный тур. Вариант 1
7
Экспериментальный тур
Подумай, какие процессы обеспечивают убывание массы и почему скорость может быть почти постоянна в наблюдаемом интервале.
Объясни качественно: если испарение ограничено поверхностью и переносом влаги к поверхности, при достаточном запасе влаги скорость испарения оказывается близкой к постоянной, давая почти линейную зависимость массы от времени.
- Определи, что управляет скоростью испарения (площадь поверхности, скорость переноса пара, влажность воздуха).
- Свяжи наблюдаемую форму графика
с доминирующим механизмом (контролируемое испарение с почти постоянной скоростью). - Объясни отклонения от линейности (уменьшение запаса воды, изменение влажности или утечка каплями).
- Сформулируй итог: почему вид зависимости соответствует физике процесса и какие факторы влияют на параметр скорости.

