С. Д. Варламов А. Р. Зильберман

Экспериментальные задачи физических олимпиад
71
График зависимости этой средней скорости
u
от разницы
высот
D
h
расположения концов трубки представляет собой
прямую линию, то есть расход воды при заданных парамет-
рах трубки (её длине, поперечном сечении отверстия) прямо
пропорционален разнице давлений, которая в данном случае
равна
r
g
D
h
. Статические давления на входе трубки и на её
выходе примерно равны атмосферному давлению, так как
вода в верхнем сосуде налита тонким слоем.
Диаметр иглы
Найдите внутренние диаметры отверстий игл от шприца
и установите зависимость расхода воды (мл/с) через каждую
иголку от разницы давлений на входе в отверстие и выходе
из отверстия.
Оборудование
: штатив с креплениями, шприц 50 мл с дву-
мя иглами с разными диаметрами и с разными длинами, два
отрезка по 1,5 м каждый пластиковой трубки с диаметром
внутреннего отверстия 2—3 мм, тройник, зажимы для тру-
бок, сосуды для воды, нить 1 м, гирька 10 г, миллиметровая
бумага.
корпус шприца
без поршня
первая трубка
вторая трубка
уровень жидкости
в манометре
игла 2
игла 1
Рис. 14
Решение
: из нити и грузика изготавливается «секундный»
маятник — он будет использоваться для измерения времени.

72
Часть 2
Собирается установка, в которой одна трубка использует-
ся для переливания воды, а вторая трубка используется
в качестве манометра. Иголки по очереди присоединяются
к одному из выходов тройника, а к двум другим выходам
присоединяются трубки. К верхнему отверстию одной из
трубок присоединяется штуцер шприца. Вторая трубка рас-
полагается так, чтобы её открытый конец был на уровне или
немного выше шприца (рис. 14).
Шприц закрепляется на штативе на заданной высоте и за-
няется водой. Затем открывается зажим, и вода перетекает из
шприца в нижний сосуд. По разности высоты воды в трубке
(манометре) и высоты места подключения этой трубки к трой-
нику вычисляется давление на входном отверстии иглы. По
времени перетекания через иглу определённого объёма воды
можно вычислить диаметр внутреннего отверстия иглы.
Чтобы уменьшить погрешность измерения, нужно после
заполнения шприца водой установить его в наклонное по-
ложение и по мере вытекания воды наклонять шприц так,
чтобы уровень воды в нём находился на одной и той же
высоте
h
1
и одновременно место подключения к шприцу
трубки тоже находилось на одной и той же (другой) высоте
h
2
.
Прочность нити
Задание
: измерьте максимальную силу, которую ещё вы-
держивает нить при растяжении.
Оборудование
: катушка ниток (несколько метров нити),
два кронштейна из толстой и прочной изогнутой проволоки,
легко крепящиеся на краях стола, миллиметровая бумага
формата А4, липкая лента «скотч», ножницы, груз известной
массы, для которого
Mg
в 2—3 раза меньше предельной силы
растяжения нити.
Решение
. Концы нити, длина которой примерно равна
ширине стола (1,2—1,5 м), крепятся к двум кронштейнам.
Расстояние между концами нити можно плавно изменять,
передвигая один из кронштейнов. На середину нити вешается
груз известной массы. Постепенно удаляя друг от друга
кронштейны, добиваются того, что нить натягивается всё
сильнее и сильнее. В конце концов нить рвётся. Отмечается

Экспериментальные задачи физических олимпиад
73
положение, которое занимала нить непосредственно перед
разрывом. Тангенс одинаковых углов, которые составляли
участки нити с горизонталью, вычисляется с помощью мил-
лиметровой бумаги. Для этого она заранее прикрепляется
к краю стола липкой лентой. Предельная сила натяжения
нити
F
вычисляется с помощью формулы
F
=
Mg
/
(2 tg
a
).
Прищепка
(
9—1—2000
)
Измерить силу, с которой прижимаются друг к другу
«губки» деревянной прищепки.
Оборудование
: прищепка, грузы 100 грамм — 2 штуки,
нитка, специальная зелёная бумага, миллиметровая бумага,
штатив.
Задача решается в два этапа: сначала находится коэф-
фициент трения бумаги о бумагу, а затем находится сила
прижима «губок» прищепки друг к другу. На каждом эта-
пе используется «разложение» силы на составляющие. Для
этой цели используется нить и миллиметровая бумага. Нить
одним концом крепится к куску бумаги, а посередине нити
крепится один из грузов. На бумагу укладывается второй
груз, и за свободный конец нить тянут так, чтобы участок, со-
единяющий бумагу с грузом на нити, принял горизонтальное
(параллельное столу) положение. По углу наклона к верти-
кали второго (не горизонтального) участка нити вычисляют
горизонтальную проекцию силы натяжения нити. Зная её,
можно вычислить коэффициент трения бумаги о бумагу.
На втором этапе кусок бумаги оборачивают другим куском
бумаги и получившийся «бутерброд» зажимают прищепкой.
Средний листок бумаги вытягивают наружу и измеряют ми-
нимальную величину силы, необходимой для вытаскивания
бумаги. Из коэффициента трения и величины силы вычисля-
ют силу прижима губок друг к другу, считая, что она мало
изменилась от того, что губки слегка раздвинулись (между
ними появились три листка бумаги).
Трение
(
9—1—2003
)
Оборудование
: деревянный брусок, грузы массы 100 г —
2 шт., нить, миллиметровая бумага.

74

жүктеу/скачать 1,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: