Експериментальний тур на фіналі всеукраїнської олімпіади-2023 з фізики у старших класах

На початку квітня відбувся фінальний етап всеукраїнської учнівської олімпіади з фізики. На цій олімпіаді учні розв’язують як теоретичні, так і експериментальні завдання. Експериментальні задачі для багатьох учнів можуть становити значні проблеми, оскільки у більшості шкіл учні не набувають експериментальних вмінь та навичок через відсутність у школах матеріально-технічного забезпечення. Тому при підготовці до всеукраїнських олімпіад конче необхідно звертати уваги на експериментальний компонент підготовки. Розглянемо завдання експериментального туру-2023 для старшокласників. Десятикласники виконували таке дослідження:

Щоб оцінити деформацію кульки під час зіткнення зі столом, кульку фарбують (перед фарбуванням рекомендують кульку змочити вологою серветкою). Пофарбовану кульку відпускають з висоти h₀=0,5 м (висоту 0,5 м варто відраховувати від нижнього краю кульки). Коли пофарбована кулька впаде на стіл, то на папері, що лежить на столі, залишиться слід від фарби. В ідеальному варіанті цей слід мав би бути кругом і за його розмірами можна би було оцінити величину деформації кульки під час зіткнення зі столом. Однак, по перше, пляма на папері не буде ідеальним кругом, а по друге, якщо провести кілька дослідів, то можна помітити, що діаметр такого круга може дещо відрізнятись у різних вимірюваннях. Тому експеримент варто провести кілька разів і обчислити середнє значення діаметра dₙ плями на папері.

Слід також обчислити радіус R самої кульки. Для цього можна нитку обкрутити навколо кульки і виміряти довжину нитки. Однак, може виявитись, що нитка охопила переріз кулі, який не в точності проходить через центр кулі. Тому, щоб збільшити точність вимірювання радіуса кулі, нитку слід обкрутити навколо кулі N разів, виміряти довжину нитки L та обчислити радіус кулі за формулою R=L/(2πN).

Позначимо через s гальмівний шлях кульки (іншими словами, s дорівнює максимальній зміні вертикального діаметра кульки під час деформації). Тоді ми отримаємо у кульці прямокутний трикутник з катетами рівними dₙ/2 та R–s і гіпотенузою рівною R. Тому, за теоремою Піфагора, (dₙ/2)²+(R–s)²=R², а тому зможемо обчислити гальмівний шлях кульки за формулою s=R–√̅R̅²̅–̅(d̅ₙ̅/̅2̅)̅².

Початкова потенціальна енергія кульки дорівнює mgh₀. Нехай F – середня сила, що діє під час зіткнення кульки зі столом. Тоді робота цієї сили дорівнює А= –Fs. Отже, mgh₀=Fs, звідки F=mgh₀/s. Знаючи радіус кульки R та її густину, можна обчислити масу кульки m, а тому за формулою F=mgh₀/s можна обчислити середнє значення сили зіткнення, яке нас просять визначити в умові задачі.

Залишилось оцінити час взаємодії кульки зі столом. Нехай υ₀ – швидкість кульки безпосередньо перед моментом зіткнення зі столом, а υ – швидкість кульки одразу після відскоку кульки від стола. Тоді модуль зміни імпульсу кульки становить m(υ₀+υ). З іншого боку, зміна імпульсу кульки дорівнює імпульсу сили F. Отже, F∆t=m(υ₀+υ), де ∆t – час контакту кульки зі столом. Тоді ∆t=m(υ₀+υ)/F.

Отже, щоб оцінити значення ∆t, нам залишається визначити швидкості υ₀ та υ. Оскільки, удар кульки об стіл не є абсолютно пружним, то ці швидкості не будуть рівними. Знайти швидкість υ₀ можна на основі закону збереження повної механічної енергії mgh₀=m(υ₀)²/2 (опором повітря нехтуємо). Щоб знайти початкову швидкість υ кульки після відскакування від стола, треба виміряти максимальну висоту h, на яку підскочить кулька після удару зі столом, та обчислити υ на основі закону збереження повної механічної енергії mgh=mυ²/2. Дослід варто провести кілька разів, оскільки в різних експериментах кулька підскочить на дещо різні висоти і обчислити середнє значення висоти h. Не слід забувати і про обчислення похибок, оскільки це також оцінюється.

Рейтинг:5 з 5

На основі відгуків 1 користувачів

Автор: Віталій Ф.

Редакція не несе відповідальності за наповнення блогів, вони є персональною думкою автора

Потрібен репетитор?

Обирай кращих викладачів на сервісі Букі!

Інші статті викладача

Реєструйся репетитором на BUKI!

Безкоштовна реєстрація за 10 хвилин

Заняття персонально чи по Skype

Оплата напряму від учня

Також читайте розділ «Блоги репетиторів»:

Секретні методи вивчення іноземної мови

У цій статті ми розглянемо три секретних методи, які можуть допомогти вам засвоїти нову мову швидше та ефективніше. Стаття вміщує посилання на платформи та вебсайти, які вам допоможуть в цьому.

Автор: Христина Я.

Як досягти тонкої талії?

Тонка талія: міфи та реальність

Автор: Анастасія Ш.

Цукрозамінники

Переваги та недоліки

Автор: Анастасія Ш.

Відпочинок від тренувань

Правильно організований відпочинок допомагає зберегти і покращити результати тренувань

Автор: Анастасія Ш.

Verben mit Präpositionen у німецькій мові у німецькій мові. Дружній путівник для початківців

Сьогодні ми поговоримо про один із важливих аспектів німецької мови - Verben mit Präpositionen (дієслова з прийменниками).

Автор: Ярослав Т.

Зв'язок між гормонами та тренуваннями

Важливість фізичної активності для підтримки гормонального балансу та загального здоров'я.

Автор: Анастасія Ш.

Інші новини:

;