Фізичний експеримент на завершальному етапі всеукраїнської олімпіади-2023 для одинадцятикласників

У перший тиждень квітня в Івано-Франківську проходила всеукраїнська учнівська олімпіада з фізики. Олімпіада відбувалась в два тури: теоретичний, на якому потрібно було розв’язувати задачі, та експериментальний, на якому із наданих матеріально-технічних засобів необхідно було скласти лабораторну установку, продумати і теоретично обґрунтувати експериментальну методику та, провівши експерименти, визначити величини та залежності, про які йшлося у завданнях. Одинадцятикласники на олімпіаді визначали атмосферний тиск за допомогою прозорої трубки, лінійки та посудини з водою:

Один з найпростіших способів визначення атмосферного тиск такий. Занурюємо трубку з відкритими обома кінцями на деяку глибину h₁ (глибину h₁ бажано вибирати якомога більшою, щоб забезпечити вищу точність вимірювань). Нехай L – довжина трубки. При цьому в трубці буде стовпчик повітря об’ємом V₁=S(L–h₁), де S – площа поперечного перерізу трубки.

Після цього верхній кінець трубки заліплюємо пластиліном так, щоб повітря не могло потрапляти у трубку і не могло виходити з неї. Тиск повітря в трубці залишиться атмосферним рₐ. Після цього виймаємо трубку з води. Оскільки, сума тиску повітря в трубці та гідростатичного тиску стовпчика рідини висотою h₁ є більшою за атмосферний тиск, то вода почне витікати з трубки. При цьому повітря в трубці почне ізотермічно розширюватись і, як наслідок, тиск повітря у трубці зменшуватиметься. Зменшуватиметься і гідростатичний тиск стовпчика води у трубці, оскільки зменшуватиметься висота цього стовпчика за рахунок витікання води. У деякий момент часу сума тиску повітря у трубці та гідростатичного тиску стовпчика рідини стане рівною атмосферному тиску. У цей момент припиниться витікання води з трубки (насправді, це відбудеться дуже швидко). Нехай в цей момент стовпчик води у трубці матиме висоту h₂. Тоді повітря у трубці розширилось до об’єму V₂=S(L–h₂).

Для ізотермічного розширення повітря у трубці маємо, що р₁V₁=р₂V₂. Але р₁=рₐ, р₂=рₐ–ρgh₂, де ρ – густина води. Тоді рₐS(L–h₁)=(рₐ–ρgh₂)S(L–h₂), звідки рₐ=ρgh₂(L–h₂)/(h₁–h₂). Величини L, h₂, h₁ вимірюємо лінійкою і за останньою формулою обчислюємо атмосферний тиск. У кожному експериментальному завданні слід намагатися мінімізувати похибку кінцевого результату (в даному випадку, похибку обчислення атмосферного тиску) та обґрунтувати яким саме чином можна досягнути такої мінімізації. Кожну з величин h₂ та L–h₂ ми можемо обчислити з абсолютною похибкою близькою до 1мм, а величину h₁–h₂ з абсолютною похибкою, що не перевищує 2 мм. Відносна похибка обчислення атмосферного тиск (виходячи з формули рₐ=ρgh₂(L–h₂)/(h₁–h₂)) дорівнює сумі відносних похибок обчислення величин h₂, L–h₂ та h₁–h₂. А тому відносна похибка обчислення атмосферного тиску буде найменшою, якщо величини h₂, L–h₂ та h₁–h₂ будуть якомога більшими.

Також одинадцятикласники проводили таке дослідження:

Можна зібрати установку показану на рисунку нижче.

Силу F, яка діє на кульку, можна визначити за правилом важеля, адже маса лінійки (тобто важеля) нам відома. Сила F є сумою сили тяжіння, що діє на кульку разом з ниткою, та сили, з якою магніт діє на кульку. Масу кульки разом з ниткою також можна визначити за допомогою правила важеля. Таким чином, змінюючи товщину шару паперу, можна для різних відстаней між магнітом і кулькою визначати силу притягання кульки до магніту (силу Fₘ притягання кульки до магніту обчислюємо, як різницю між силою F та силою тяжіння, що діє на кульку разом з ниткою). Відтак, можна побудувати графік залежності Fₘ(d), де d – відстань між магнітом і кулькою. Побудована залежність на графіку з осями в логарифмічному масштабі повинна вийти близькою до прямолінійної. Тому можна обчислити кутовий коефіцієнт цієї прямої на графіку. За умовою, сила Fₘ притягання кульки до магніту залежить від відстані d між ними таким чином: Fₘ=kdⁿ, де k – коефіцієнт пропорційності, n – шуканий показник степеню. Тоді lnFₘ=lnk+n∙lnd. Отже, n є кутовим коефіцієнтом експериментально встановленої прямої на графіку в логарифмічному масштабі.

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:

;