Решение

Городская олимпиада (3-й этап) 2022 11 класс № Э2
1.1

1.1 Не сложно показать, что если на груз математического маятника действует помимо силы тяжести еще одна постоянная сила, то период колебаний такого маятника описывается формулой

Где - период колебаний того же маятника, но при отсутствии внешней силы.

1.2

1.2 Из формулы (1) следует, что отношение дополнительной силы к силе тяжести можно рассчитать по формуле

Эта формула и положена в основу данной работы.

2.1

2.1 В работе удобно использовать бифилярный подвес поддона. Кроме того, следует прикрепить дополнительную диагональную нить, чтобы исключить поперечные колебания.

2.2

2.2 Для измерения отношения силы магнитного притяжения к силе тяжести следует воспользоваться формулой (2). Для этого надо с большой точностью измерить два периода колебаний – с магнитом и без него. Для повышения точности и правильной оценки погрешностей необходимо провести несколько измерений большого числа колебаний. Мы провели 5 измерений времен 20 колебаний. После стандартной обработки получены следующие значения:

Далее с помощью формулы (2) рассчитано отношение сил:

3.1

3.1 Масса картонного поддона измерена с помощью правила рычага, в качестве которого использована линейка. Результат измерения г.

3.2

3.2 Результаты измерения сил, действующих на различные монеты. приведены в следующей таблице. Рядом приведен график полученной зависимости.

Номинал, коп. Масса (г) F (г)
0 0,56
1 1,56 2,205
2 2,11 3,379
5 2,67 4,744
10 2,72 3,278
20 3,66 4,658
50 3,97 6,319

Из построенного графика можно сделать следующие выводы:

3.3

3.3 Предположение о том, что сила притяжения пропорциональна объему (а, следовательно, и массе, не выполняется).

3.4

3.4 Так как для монет, изготовленных из разных материалов точки явно ложатся на разные кривые, следует, что различны сплавы, из которых сделаны монеты обладают разными магнитными свойствами.

4.1

4.1 Силы, действующие на монеты разного достоинства, приведены в следующей таблице.

Номинал, коп. масса F, мН
10 2,72 0,737
20 3,66 1,35
50 3,97 2,11
4.2

4.2 И в этом случае нельзя считать, что магнитная сила пропорциональна объему монеты Слишком маленькие силы не позволяют делать более обоснованные выводы