Решение

Городская олимпиада (3-й этап) 2022 11 класс № Э1
  1. Результаты измерений зависимостей угла поворота жидкости от времени приведены в таблицах и соответствующих графиках.

Таблица 1. «Быстрое» вращение.

, с ,
0 0
2,33 1 0,43 0,458 -0,782
4,37 2 0,46 0,481 -0,732
6,49 3 0,46 0,409 -0,894
9,26 4 0,43 0,376 -0,978
11,81 5 0,42 0,326 -1,120
15,39 6 0,39 0,270 -1,308
19,21 7 0,36 0,239 -1,432
23,76 8 0,34 0,202 -1,597
29,09 9 0,31 0,156 -1,856
36,55 10 0,27 0,116 -2,154
46,32 11 0,24 0,274

Таблица 2. «Медленное» вращение.

,
, с кол. об.
0 0
1,06 0,25 0,24 0,242 -1,421
2,07 0,5 0,24 0,281 -1,270
2,84 0,75 0,26 0,303 -1,194
3,72 1,00 0,27 0,281 -1,270
4,62 1,25 0,27 0,250 -1,386
5,72 1,5 0,26 0,221 -1,509
6,88 1,75 0,25 0,226 -1,486
7,93 2,00 0,25 0,200 -1,609
9,38 2,25 0,24 0,186 -1,683
10,62 2,50 0,24 0,193 -1,645
11,97 2,75 0,23 0,235

В таблицах также посчитаны угловые скорости вращения воды в сосуде . Расчеты этой величины проведены по симметрично схеме:

2. Чтобы выделить области применимости модели, полученные зависимости необходимо линеаризовать.

Так область применимости модели равномерного движения определяется видом построенных графиков: им соответствуют диапазоны, где эти зависимости можно считать линейными и проходящими через начало координат. С этой точки зрения для быстрого вращения является область первых 10 с. Для медленного вращения в пределах погрешности измерения такой областью можно считать весь временной диапазон.

Для проверки модели равноускоренного движения можно построить зависимость угловой скорости от времени, которая теоретически описывается линейной функцией . Ниже приведены графики этих зависимостей.

Из этих графиков следует, что:
При быстром вращении модель не применима потому, что четка видна нелинейность зависимости;
При медленном вращении малость изменения угловой скорости (вспомните, движение почти равномерное) не позволяет на фоне неизбежных ошибок измерения выделить линейный участок.
Для проверки модели экспоненциального затухания надо построить полученную зависимость в полулогарифмическом масштабе. Что сделано на следующем рисунке.

Этот график свидетельствует, что эта модель хорошо описывает быстрое движение жидкости практически во всем диапазоне.

3. Таким образом, быстрое вращение лучше всего описывается моделью экспоненциально затухания. Медленное вращение – моделью равномерного движения.

4. Параметр этой модели есть постоянная затухания. Погрешность найденного значения . Наиболее наглядный смысл имеет обратная величина – имеющая смысл характерного времени затухания.