Ευρωπαϊκή Ολυμπιάδα Φυσικών Επιστημών 2009 Πανελλήνιος προκαταρκτικός διαγωνισμός στη Φυσική

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "Ευρωπαϊκή Ολυμπιάδα Φυσικών Επιστημών 2009 Πανελλήνιος προκαταρκτικός διαγωνισμός στη Φυσική"

Ανδρομέδη Γαλάνης
6 χρόνια πριν
Προβολές:

ΠΑΝΕΚΦΕ Ερωπαϊκή Ολμπιάδα Φσικών Επιστημών 2009 Πανλλήνιος προκαταρκτικός διαγωνισμός στη Φσική 17-01-2009 Σχολίο: Ονόματα των μαθητών της ομάδας: 1) 2) 3) Επισημάνσις από τη θωρία Πάνω στον πάγκο το

1 ΠΑΝΕΚΦΕ Ερωπαϊκή Ολμπιάδα Φσικών Επιστημών 2009 Πανλλήνιος προκαταρκτικός διαγωνισμός στη Φσική Σχολίο: Ονόματα των μαθητών της ομάδας: 1) 2) 3) Επισημάνσις από τη θωρία Πάνω στον πάγκο το ργαστηρίο βρίσκται ένα δοχίο πο πριέχι γρό. Το γρό ισορροπί και η λύθρη πιφάνιά το ίναι οριζόντια. Αν τοποθτήσομ μέσα στο γρό το δοχίο ένα στρό σώμα, τότ το γρό θα ασκήσι πάνω το μια δύναμη μ κατακόρφη διύθνση και φορά αντίθτη το βάρος το σώματος, πο ονομάζται άνωση. Σύμφωνα μ την αρχή το Αρχιμήδη, το μέτρο της άνωσης (Α) ισούται μ το βάρος το γρού πο κτοπίζι το σώμα. Έτσι, αν σμβολίσομ μ ρ την πκνότητα το γρού, μ g την πιτάχνση της βαρύτητας και μ V τον όγκο το βθισμένο τμήματος το σώματος (δηλαδή τον όγκο το γρού πο κτοπίζται από το σώμα), τότ ισχύι η σχέση: A = gρχ VΧ (1) Ας ποθέσομ τώρα, ότι τοποθτούμ στο γρό ένα κλινδρικό σωλήνα, ο οποίος ισορροπί μ τον άξονά το κατακόρφο, όπως δίχνι το σχήμα 1. Για να πιτύχομ σταθή ισορροπία το σωλήνα, ρίχνομ μέσα σ ατόν λίγα σκάγια (έρμα). Το σωλήνα ατόν το ονομάζομ Κ. Μπορούμ να αξάνομ τη μάζα το Κ, ρίχνοντας μέσα στο σωλήνα σφαιρίδια γνωστής μάζας m σ. Σχήμα 1 Το βθισμένο τμήμα το σωλήνα έχι μήκος x. Αν S σμβολίζι το μβαδόν της διατομής το, τότ ο όγκος το βθισμένο τμήματος ίναι: V = S Χ x (2) 1

2 Αφού ο σωλήνας ισορροπί, η σνισταμένη των δνάμων πο νργούν πάνω το ισούται μ το μηδέν. Η σνθήκη ισορροπίας κφράζται μ τη σχέση: r F = 0 (3) όπο, το αριστρό μέρος της ξίσωσης 3 σμβολίζι το άθροισμα όλων των δνάμων πο νργούν στον Κ. Οι δνάμις πο νργούν στο Κ ίναι το βάρος το W και η άνωση Α, πο δέχται το βθισμένο τμήμα το. Ο δνάμις W και Α έχον κατακόρφη διύθνση, πομένως η σνθήκη ισορροπίας (3) κφράζται μ την ξίσωση: W = A (4) Σμβολίζομ μ M τη μάζα το σωλήνα και το έρματος (των σκαγιών). Έστω ότι στο σωλήνα έχομ ρίξι ορισμένο αριθμό σφαιριδίων σνολικής μάζας m. Τότ, σ σνδασμό μ τις σχέσις 1 και 2, η ξίσωση ισορροπίας 4, γράφται: (M + m) Χg = gρχ VΧ ή: και τλικά: M + mρ= S Χ xχ mρ= SΧ xχ M (5) Η ξίσωση 5 μας λέι ότι η μάζα των σφαιριδίων m, πο έχομ ρίξι μέσα στο σωλήνα Κ, κφράζται ως μια γραμμική σνάρτηση το μήκος x, το βθισμένο τμήματος το σωλήνα. Αν κατασκάσομ πιραματικά, την θία m=f(x) πο αντιστοιχί στην ξίσωση 5, τότ από την κλίση της μπορούμ να πολογίσομ το γινόμνο ρ Χ S και μτρώντας τη διατομή S το σωλήνα, μπορούμ να πολογίσομ την πκνότητα ρ το γρού. Επιπλέον από την τομή της θίας μ τον άξονα των μαζών m, μπορούμ να πολογίσομ πιραματικά την μάζα το σωλήνα και το έρματος, M. Η μάζα το σωλήνα και το έρματος μτρίται και μ απθίας ζύγιση το σώματος Κ. Έστω Μ η τιμή πο προκύπτι από τη ζύγιση ατή. Από τη σύγκριση των δύο τιμών, Μ και Μ μπορούμ να αξιολογήσομ τόσο την πιραματική διαδικασία, όσο και τη θωρία, μ βάση την οποία σχδιάσαμ το πίραμα. Μ τη διξαγωγή της σγκκριμένης ργαστηριακής άσκησης, πιδιώκομ: 1) Να κατασκάσομ πιραματικά την θία m=f(x) πο αντιστοιχί στην ξίσωση 5. [Στον άξονα x θα μτράμ το μήκος x το βθισμένο τμήματος το σωλήνα και στον άξονα y τη σνολική μάζα m των σφαιριδίων πο έχομ ρίξι μέσα στο σωλήνα] 2) Από την κλίση της πιραματικής θίας m=f(x), και τη μέτρηση της διατομής το σωλήνα, να πολογίσομ την πκνότητα το γρού. 3) Από την πιραματική θία m=f(x), να πολογίσομ τη μάζα Μ το σωλήνα και το έρματος. Να σγκρίνομ την τιμή ατή μ τη μάζα (M ) πο προκύπτι από τη ζύγιση σωλήνα και έρματος, μ χρήση ηλκτρονικού ζγού. 2

4) Να χρησιμοποιήσομ την πιραματική θία m=f(x) για να μτρήσομ τη μάζα δδομένο σώματος. Όργανα και λικά 1. Δοχίο ύψος 20cm (πρίπο) και διαμέτρο 8cm (πρίπο). (Μπορί να χρησιμοποιηθί δοχίο νρού 1,5L). 2. Ηλκτρονικός ζγός μ ακρίβια 0,1g.

3 4) Να χρησιμοποιήσομ την πιραματική θία m=f(x) για να μτρήσομ τη μάζα δδομένο σώματος. Όργανα και λικά 1. Δοχίο ύψος 20cm (πρίπο) και διαμέτρο 8cm (πρίπο). (Μπορί να χρησιμοποιηθί δοχίο νρού 1,5L). 2. Ηλκτρονικός ζγός μ ακρίβια 0,1g. 3. Δοκιμαστικός σωλήνας μγάλο μγέθος. Κατά μήκος το δοκιμαστικού σωλήνα έχι πικολληθί μτρητική ταινία, μ το μηδέν να αντιστοιχί στον πθμένα το (πρίπο στο μέσον το κοίλο τμήματος το πθμένα). 4. Stand το δοκιμαστικού σωλήνα (ποτήρι ζέσης 250 ml). 5. Διαστημόμτρο. 6. Σκάγια. 7. Έξι όμοια γάλινα σφαιρίδια. 8. Μταλλικό σφαιρίδιο (Σ), άγνωστης μάζας. 9. Υγρό άγνωστης πκνότητας. 10. Αριθμομηχανή. 11. Χαρτί millimeter. 12.Πλαστικό ποτηράκι. Πιραματική διαδικασία Α μέρος: Μτρήσις χαρακτηριστικών μγθών της πιραματικής διάταξης 1. Μέτρηση της μάζας Μ το σωλήνα, μαζί μ το έρμα: Τοποθέτησ τα σκάγια πο βρίσκονται στο πλαστικό ποτηράκι μέσα στο δοκιμαστικό σωλήνα. Μ τον ηλκτρονικό ζγό μέτρησ τη μάζα Μ το σωλήνα μαζί μ το έρμα. Μ = g 3

4 2. Μέτρηση της μέσης μάζας των (γάλινων) σφαιριδίων: Τα γάλινα σφαιρίδια έχον μάζς πο μπορί να διαφέρον το πολύ σ ένα ή δύο δέκατα το γραμμαρίο. Η διαφορές ατές δν πηράζον τα αποτλέσματα της πιραματικής μας διαδικασίας. Θα θωρήσομ ως μάζα κάθ σφαιριδίο (m σ ) τη μέση μάζα των έξι σφαιριδίων πο διαθέτις. Για να βρις το m σ, ζύγισ όλα μαζί τα γάλινα σφαιρίδια και διαίρσ το αποτέλσμα μ το πλήθος τος. Κατάγραψ το αποτέλσμα μ προσέγγιση νός δκαδικού ψηφίο. 6m σ = g m σ = g 3. Χρησιμοποίησ το διαστημόμτρο και μέτρησ την ξωτρική διάμτρο (Δ) το δοκιμαστικού σωλήνα. Στη σνέχια πολόγισ το μβαδόν S της (κκλικής) διατομής το, μ προσέγγιση κατοστού το cm 2. Δ= cm S= cm 2 B μέρος: Πιραματική κατασκή της θίας: mρ= SΧ xχ M (5) 4. Τοποθέτησ το δοκιμαστικό σωλήνα μ το έρμα μέσα στο γρό το δοχίο. Παρατήρησ ότι ισορροπί σ κατακόρφη θέση. Μέσα στο σωλήνα δν έχομ ρίξι, ακόμα, κανένα σφαιρίδιο πομένως το m στη σχέση 5 ίναι μηδέν. Μέτρησ το αντίστοιχο x και σμπλήρωσ την πρώτη γραμμή το πίνακα Ρίξ ένα σφαιρίδιο μέσα στο δοκιμαστικό σωλήνα. Πρίμν μέχρι να ισορροπήσι και μέτρησ τη νέα τιμή το x. Σμπλήρωσ τη 2 η γραμμή το πίνακα 1. Αριθμός σφαιριδίων ΠΙΝΑΚΑΣ 1 Σνολική μάζα σφαιριδίων m g x cm 6. Επανάλαβ την ίδια διαδικασία, προσθέτοντας κάθ φορά ένα σφαιρίδιο, και σμπλήρωσ όλα τα κλιά το πίνακα 1. 4

5 Επξργασία των πιραματικών δδομένων 1) Στο χαρτί millimeter, σχδίασ σύστημα ορθογωνίων αξόνων: μήκος x (οριζόντιος) σνολική μάζα σφαιριδίων m (κατακόρφος). Βαθμονόμησ τος άξονς, πιλέγοντας κατάλληλη κλίμακα, ώστ να σμπριλαμβάνονται όλς οι πιραματικές τιμές πο έχις καταχωρήσι στον πίνακα 1. 2) Τοποθέτησ στο σύστημα αξόνων τα πιραματικά σημία μήκος (x) μάζας (m), σύμφωνα μ τα δδομένα το πίνακα 1. Εξέτασ αν τα πιραματικά σημία βρίσκονται (πρίπο) πάνω σ μια θία. Σχδίασ την θία πο διέρχται πλησιέστρα από το σύνολο των σημίων και προέκτινέ τη, μέχρις ότο τμήσι τον άξονα των μαζών. [Αν χριαστί, σχδίασ και δύτρο σύστημα αξόνων]. 3) Από την πιραματική θία πο σχδίασς, πολόγισ τη μάζα M το δοκιμαστικού σωλήνα μ το έρμα. Μ= g Σύγκριν την τιμή το Μ μ την Μ, πο έχι προκύψι από την απθίας ζύγιση το δοκιμαστικού σωλήνα μ το έρμα, στη δραστηριότητα 1 το Α μέρος της πιραματικής διαδικασίας. Για να έχις μια ποσοτική αξιολόγηση των πολογισμών σο, πολόγισ την πί τοις κατό απόκλιση μταξύ των δύο τιμών, μέσω το λόγο: M MΆ MΆ = 0 0 4) Σ ποιος λόγος μπορί να οφίλται κατά τη γνώμη σο η απόκλιση των τιμών Μ και Μ ; [Επίλξ ποις από τις ακόλοθς απαντήσις ίναι σωστές και ποις λανθασμένς. Κάθ σωστή απάντηση βαθμολογίται μ 2 μονάδς στις 100, κάθ λανθασμένη μ -2 και η μη απάντηση μ 0] A) Στα ποκιμνικά σφάλματα των μτρήσων πο πραγματοποιήθηκαν κατά την πιραματική διαδικασία. B) Η θωρία, στην οποία στηρίχτηκ ο σχδιασμός το πιράματος δν πριγράφι μ την απαιτούμνη ακρίβια το φαινόμνο πο μλτάμ. C) Στη χάραξη της πιραματικής θίας: Κανονικά θα έπρπ να σχδιάσομ την θία στο πριβάλλον νός κατάλληλο λογισμικού, όπως το EXCEL. D) Η αρχή το Αρχιμήδη ισχύι μόνο για το νρό. 5

6 E) Το λικό το έρματος ίναι διαφορτικό από κίνο των σφαιριδίων, μ σνέπια να μην ισχύι ακριβώς η αρχή το Αρχιμήδη. 5) Υπολόγισ την κλίση κ της πιραματικής θίας και μέσω ατής, την πκνότητα το γρού. Υπολογισμοί: Σμπράσματα: κ= ρ = g/cm 3 6) Βγάλ από το δοκιμαστικό σωλήνα τα σφαιρίδια, χωρίς να μταβάλις την ποσότητα το έρματος. Στη σνέχια, τοποθέτησ μέσα στο σωλήνα το μταλλικό σφαιρίδιο Σ. Χρησιμοποίησ την πιραματική θία πο έχις σχδιάσι για να βρις τη μάζα m Σ το σφαιριδίο Σ. x= cm m Σ = g 6

Σχετικά έγγραφα

Ευρωπαϊκή Ολυµπιάδα Φυσικών Επιστηµών 2009 Πανελλήνιος προκαταρκτικός διαγωνισµός στη Φυσική. Σχολείο: Ονόµατα των µαθητών της οµάδας: 1) 2) 3)

ΠΑΝΕΚΦΕ Ευρωπαϊκή Ολυµπιάδα Φυσικών Επιστηµών 2009 Πανελλήνιος προκαταρκτικός διαγωνισµός στη Φυσική 17-01-2009 Σχολείο: Ονόµατα των µαθητών της οµάδας: 1) 2) 3) Επισηµάνσεις από τη θεωρία Πάνω στον πάγκο