С. Д. Варламов А. Р. Зильберман

Экспериментальные задачи физических олимпиад
157
питком аккуратно открывается без тряски, чтобы избежать
обильного пенообразования. В бутылку помещается шприц
с воздухом внутри, и крышка бутылки вновь завинчивается.
Бутылку несколько раз интенсивно встряхивают и сквозь
прозрачные стенки отмечают новое значение объёма воздуха
внутри шприца. Затем крышку вновь отвинчивают и акку-
ратно вынимают шприц, не сдвигая его поршень пальцами.
Крышку вновь закрывают и снова отмечают объём, зани-
маемый воздухом внутри шприца. Предположив, что сила
трения поршня о стенки шприца одинакова при его движении
в обе стороны, по результатам измерений объёма можно
вычислить величину давления газов в закрытой бутылке.
Измерение давления
Задание
: измерьте с помощью выданного оборудования
давление воздуха в пластиковой бутылке. В завинчивающую-
ся пробку этой бутылки вставлен штуцер, на который надета
короткая пластиковая прозрачная трубка с зажимом.
Примечание
. Воздух в бутылку до давления, неизвест-
ного экспериментаторам (2 атм), накачивали организаторы
(студенты), находившиеся в соседней комнате. Давление из-
мерялось манометром.
Оборудование
: длинная (1 м) пластиковая трубка с внут-
ренним диаметром 3 мм (от систем переливания лекарств),
затычка для трубки, стаканчик с подкрашенной водой, «пе-
реходник» для герметичного соединения трубок, миллимет-
ровая бумага, прозрачная липкая лента «скотч».
Предполагаемое решение
. В длинную трубку вблизи од-
ного из её концов помещается «водяной поршень». С другого
конца трубка закрывается затычкой. Открытые отверстия
длинной трубки с «водяным поршнем» и короткой труб-
ки герметично соединяются. Длинная трубка располагается
горизонтально на столе. Вдоль неё укладывается нарезан-
ная полосками миллиметровая бумага, выполняющая роль
линейки. Когда зажим ослабляется, воздух из бутылки, рас-
ширяясь, заставляет переместиться водяной поршень. По
изменению объёма, занимаемого воздухом в длинной трубке

158
Часть 2
между затычкой и водяным поршнем, можно вычислить
давление воздуха в бутылке.
Неизвестный объём
В «чёрном ящике», закреплённом на столе, находится
сосуд неизвестного объёма с жёсткими стенками. Из ящика
выведена короткая пластиковая трубка, соединённая внутри
ящика с внутренностью сосуда.
Задание
: определите внутренний объём сосуда.
(В качестве сосуда использовалась 0,5-литровая стеклян-
ная бутылка, частично заполненная водой или песком.)
Оборудование
: длинная (1 м) пластиковая трубка с внут-
ренним диаметром около 2 мм, медицинский шприц объёмом
150 мл с делениями на корпусе, тройник и переходники для
соединения сосудов с трубками, затычка, зажимы, рулетка,
прозрачная липкая лента.
Для решения задачи нужно из «подручных» средств из-
готовить манометр. Для этого используется длинная пласти-
ковая трубка. С одной стороны она закрывается затычкой,
а с другой стороны в неё помещают небольшой по длине
(3—4 см) водяной поршень. Если к сосуду, в котором име-
ется воздух при повышенном (в сравнении в атмосферным)
давлении
P
, подключить сосуд с воздухом при атмосферном
давлении
P
0
, то после установления равновесия давление
P
1
в объединённом сосуде будет иметь некоторое значение, за-
ключённое между
P
0
и
P
1
. Зная, что процесс изотермиче-
ский, можно вычислить неизвестный объём.
Пористость материалов
Задание
: определите долю пустого (заполненного возду-
хом) пространства в пористом материале.
Оборудование
: цилиндрическая стеклянная пробирка, ре-
зиновая пробка со штуцером, длинная (1 м) пластиковая
трубка с внутренним диаметром около 2 мм, медицинский
шприц объёмом 50 мл, тройник и переходники для соедине-
ния сосудов с трубками, затычка, зажимы, пористые мате-
риалы в стаканчиках: песок, пластиковые гранулы, мелкие

Экспериментальные задачи физических олимпиад
159
кусочки битого стекла, упаковка ваты, свёрнутой в рулон,
стаканчик с подкрашенной водой, прозрачная липкая лента
«скотч».
Предполагаемое решение
. Используется свойство воздуха
занимать весь предоставленный ему объём в закрытом со-
суде. Пробирка с материалом (или без него) подключается
к сосуду (шприцу), в котором находится воздух, имеющий
более высокое давление, чем атмосферное. По уменьшению
давления можно вычислить, во сколько раз увеличился объ-
ём, в котором после объединения сосудов находится воздух.
Считается, что температура воздуха до соединения сосудов
и после соединения одинакова, то есть соответствующие га-
зовые процессы являются изотермическими. Манометр для
измерения давления воздуха в сосудах изготавливается из
длинной пластиковой трубки. Для этого с одной стороны
трубка закрывается затычкой, а с другой стороны в неё
помещается «водяной поршень».
Давление насыщенного пара
Задание
: измерьте давление насыщенного пара воды (спи-
рта, ацетона) при температурах 50
◦
C, 60
◦
C и 70
◦
C.
Оборудование
: термометр, школьный калориметр (сосуд,
в котором вода не сразу остывает), две одинаковые стеклян-
ные бутылочки (от детского питания), пробки со штуцерами,
длинная (1 м) пластиковая трубка с внутренним диаметром
около 2 мм, переходники для соединения, затычка, липкая
лента «скотч», рулетка, шприц 10 мл без иглы, вазелиновое
(или машинное) масло, горячая вода, спирт, ацетон по требо-
ванию.

жүктеу/скачать 1,21 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: