Условие
Городская олимпиада (3-й этап) 2022 11 класс № Э2Оборудование: штатив с лапкой; секундомер; магнит кольцевой; линейка 30 см; нить тонкая; кусок проволоки алюминиевой (можно использовать для опоры подвеса для регулировки); набор монет; гибкая магнитная монетница; кусок пластилина (для крепления грузов), кусок картона, иголка (для изготовления поддона для монет); клейкая лента.
Проведение измерений в данной работе требует предельной аккуратности и тщательности. Не пожалейте времени на подготовку установки и ее настройки!
Белорусские монеты выглядят как медные, но... для них используют магнитные монетницы!
В данной работе необходимо исследовать взаимодействие магнитов с монетами посредством изучения периодов колебаний математического маятника.
Ускорение свободного падения считать равным
В таблице 1. приведены массы монет, измеренные с помощью электронных весов. Используйте эти данные в своих расчетах.
Таблица 1. Массы монет.
| Номинал монеты (коп) | Масса (г) |
|---|---|
| 1 | 1,56 |
| 2 | 2,11 |
| 5 | 2,67 |
| 10 | 2,72 |
| 20 | 3,66 |
| 50 | 3,97 |
Часть 1. Теоретическая.
Груз массы
1.1 Получите формулу для периода колебаний такого маятника.
Обозначим период колебаний маятника в присутствии магнита
1.2 Предложите формулу для расчета силы притяжения груза к магниту.
11 класс. Экспериментальный тур.
4
Часть 2. Пробный эксперимент.
При измерении периодов колебаний необходимо, чтобы маятник двигался строго в одной вертикальной плоскости. Рекомендуем использовать кусочек картона, из которого можно изготовить небольшой поддон для монет, для его крепления можно использовать нить. Для крепления нитей к картонному поддону используйте иголку. Также рекомендуем верхние части нитей крепить к алюминиевой проволоке, закрепленной в штативе. Слегка изгибая проволоку, можно регулировать положение подвешенного груза.
Изменять длину подвеса (длину маятника) не следует – используйте постоянную длину, примерно равную 15-20 см.
2.1 Предложите способ подвески монет (с помощью кусочка картона), чтобы колебания проходили в одной вертикальной плоскости, при этом плоскость монеты, по возможности, оставалась горизонтальной. Нарисуйте схему такого подвеса.
Подвесьте кольцевой магнит, так чтобы он располагался горизонтально на высоте, примерно равной
2.2 Определите экспериментально отношения силы притяжения магнита к платформе к силе тяжести маятника (магнита и его крепления). постарайтесь достичь максимальной точности измерения. Рассчитайте погрешности измерения: периодов колебаний: отношения силы притяжения к магниту к силе тяжести.
В следующих частях задачи расчет погрешностей не требуется, но при формулировке выводов можете использовать результат, полученный в п. 2.3
Часть 3. Взаимодействие монет с кольцевым магнитом.
В данной части Вам необходимо исследовать взаимодействие монет (1 коп., 2 коп., 5 коп., 10 коп., 20 коп., 50 коп.) с кольцевым магнитом. Используйте сконструированный Вами поддон. Кольцевой магнит положите на платформу штатива (так он не будет двигаться). Монету помещайте в картонный поддон. Расстояние между движущейся монетой и неподвижным магнитом должно быть равно примерно 1 см. В этой части изменять его не следует.
Обратите внимание: положения равновесия монеты над магнитом не находится на оси магнита, а немного смещено. Исследуете малые колебания вблизи этого положения равновесия: при этом амплитуда колебаний должна составлять 2-3 мм (миллиметра!!!). старайтесь, чтобы во всех экспериментах амплитуда колебаний оставалась примерно постоянной.
3.1 Измерьте массу изготовленного вами поддона.
Способ измерения предложите сами, кратко опишите его.
11 класс. Экспериментальный тур.
5
3.2 Проведите измерения силы взаимодействия всех монет разного достоинства с кольцевым магнитом для расстояний.
Значения сил можно приводить в относительных единицах (т.е. с точностью до постоянного множителя). Укажите, какими единицами вы пользуетесь.
3.2.1 Укажите, какие измерения Вы проводили, приведите их результаты.
3.2.2 Приведите формулы для расчета силы притяжения монеты к магниту.
3.2.3 Приведите численные значения измеренных сил.
3.2.4 Постройте график зависимости силы притяжения к магниту от массы монеты.
Теоретические оценки показывают, что сила притяжения монеты (при фиксированном расстоянии до магнита) примерно пропорциональна объему монеты
3.3 Укажите, выполнятся ли данное утверждение для ваших измерений. Свои выводы обоснуйте результатами измерений.
3.4 Проявляется ли в Ваших экспериментах то, что разные монеты изготовлены из разных материалов?
Часть 4. Монетница.
Исследуйте колебания монет над монетницей, которую положите на платформу штатива.
Укажите расстояние между монетой и монетницей, при котором проявляется сила притяжения монеты к монетнице.
4.1 Измерьте максимально возможные силы притяжения (в ньютонах) монет 10 коп., 20 коп., 50 коп. к монетнице. Укажите, на каком минимальном расстоянии вам удалось провести измерения.
4.2 Можно ли считать, что сила притяжения монеты к монетнице примерно пропорциональна объему монеты.
11 класс. Экспериментальный тур.
6
Похожие задачи
Резиновый маятник
В данной задаче Вам предлагается исследовать колебания груза известной массы
Конический маятник
В данной задаче конический маятник — это маленький стальной шарик, подвешенный на невесомой нерастяжимой нити и совершающий равномерное движение по …
У Р Б П ≈4/5 Э1
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 Э2
Оборотный маятник
Ускорение свободного падения считать равным
Приборы и оборудование: оборотный маятник, штатив, линейка …
Магнитное взаимодействие
Оборудование: пластинка магнитная (монетница 7,0x12,5см, можно больших размеров, но не меньших), шайба под гайку (20шт., диаметр – 2,0см с как можно …
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 …