tutaj
Transkrypt
tutaj
Katowice, 3 marca 2011 Zadanie finałowe Mając do dyspozycji: 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Jabłko Batonik Mars CięŜarek o nieznanej masie Linijkę o nieznanej skali Nitkę Wiaderko z wodą Ołówek Gumki recepturki wyznacz: 1. Gęstość, masę i objętość jabłka i wyraź je w jednostkach układu SI 2. Gęstość, masę i objętość cięŜarka i wyraź je w jednostkach układu SI. Opisz sposób postępowania i zastosowane prawa fizyki oraz omów istotne przybliŜenia i załoŜenia, jeśli takie zostaną zrobione. Uwaga: Linijka do dyspozycji ma naniesioną skalę calową. Określenie „linijka o nieznanej skali” oznacza, Ŝe w rozwiązaniu zadania nie wolno korzystać ze znanego przeliczenia cali na metry. Rozwiązanie Wyznaczenie Ŝądanych wielkości jest zadaniem eksperymentalnym. Pozorną trudność w rozwiązaniu tego zadania stanowi jedynie brak moŜliwości korzystania z metrycznej skali odległości. 1.Wyznaczanie masy jabłka i masy cięŜarka. Masę jabłka i masę cięŜarka moŜna wyznaczyć budując dźwignię dwustronną (rys.1 i 2), uŜywając batonika Mars jako wzorca masy (masa batonika podana na opakowaniu) i porównując działające momenty sił jabłka i cięŜarka dla zrównowaŜonej dźwigni. ul. Uniwersytecka 4 | 40-007 Katowice | www.if.us.edu.pl 1. Wyznaczanie masy cięŜarka linijka r2 r1 ołówek m0g batonik „mars” jako odwaŜnik mc g 2. Wyznaczanie masy jabłka r1 r2 m0g mJg ul. Uniwersytecka 4 | 40-007 Katowice | www.if.us.edu.pl Bezwymiarową proporcję ramion dźwigni r1/r2 moŜna odczytać z linijki posługując się „nieznaną skalą”. Ten sposób pozwala na bardzo precyzyjne wyznaczenie szukanych mas. Alternatywnym sposobem wyznaczenia mas jabłka i cięŜarka jest uŜycie gumki recepturki jako siłomierza. Ten sposób wymaga załoŜenia, Ŝe gumka recepturka stosuje się do prawa Hooka. Dokładność wyznaczania masy tym sposobem jest zdecydowanie gorsza niŜ osiągana za pomocą dźwigni dwustronnej. 2. Wyznaczanie objętości jabłka i cięŜarka. Brak metrycznej skali nie stanowi przeszkody w wyznaczaniu objętości cięŜarka i jabłka. W tym celu wystarczy wyznaczyć siłę wyporu działającą na cięŜarek zanurzony w wodzie. MoŜna to zrobić porównując cięŜar wyznaczony z poprzedniego pomiaru i cięŜar pomniejszony o siłę wyporu cięŜarka (rys.3). Oczywiście, zamiast wagi moŜna uŜyć takŜe siłomierza, zrobionego z gumki recepturki. Znając siłę wyporu i gęstość wody moŜna natychmiast wyliczyć objętość cięŜarka, posługując się prawem Archimedesa. Wyznaczenie objętości jabłka sprawia więcej kłopotów – jabłko pływa w wodzie. Łatwo jednak ominąć tę trudność przyczepiając do jabłka cięŜarek (masy cięŜarków dobrano tak, Ŝeby cały układ tonął (rys.4)) Podobnie jak poprzednio, posługując się prawem Archimedesa i uwzględniając znany cięŜar i siłę wyporu cięŜarka moŜna wyliczyć objętość jabłka. 3. Wyznaczenie gęstości jabłka i cięŜarka. Znając masy i objętości jabłka i cięŜarka, ich gęstości moŜna wyliczyć z definicji. ul. Uniwersytecka 4 | 40-007 Katowice | www.if.us.edu.pl 3. Wyznaczanie gęstości cięŜarka r1 r2 WcięŜ m0g woda mcg 4. Wyznaczanie gęstości jabłka r1 r2 WJ mJg m0g woda WcięŜ mcg ul. Uniwersytecka 4 | 40-007 Katowice | www.if.us.edu.pl