Номер 2, страница 94 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

Экспериментальное задание 2. Используя измерительную линейку, измерительный цилиндр и секундомер, определите скорость движения воды в струе, вытекающей из водопроводного крана.

Дано:

Оборудование: измерительная линейка, измерительный цилиндр, секундомер.

В ходе эксперимента измеряются следующие физические величины:

• Диаметр струи $\text{d}$.

• Объем набранной воды $\text{V}$.

• Время набора воды $\text{t}$.

Перевод в систему СИ:

• Диаметр $\text{d}$, измеренный в миллиметрах (мм), переводится в метры (м): $d \,[\text{м}] = d \,[\text{мм}] \cdot 10^{-3}$.

• Объем $\text{V}$, измеренный в миллилитрах (мл), переводится в кубические метры (м³): $V \,[\text{м}^3] = V \,[\text{мл}] \cdot 10^{-6}$, так как $1 \text{ мл} = 1 \text{ см}^3 = 10^{-6} \text{ м}^3$.

• Время $\text{t}$ измеряется в секундах (с) и в переводе не нуждается.

Найти:

Скорость движения воды в струе $\text{v}$.

Решение:

Скорость движения воды $\text{v}$ в струе можно найти, зная объемный расход воды $\text{Q}$ и площадь поперечного сечения струи $\text{S}$. Эти величины связаны уравнением неразрывности для жидкости:

$Q = S \cdot v$

Отсюда искомая скорость равна:

$v = \frac{Q}{S}$

Для нахождения скорости $\text{v}$ необходимо экспериментально определить величины $\text{Q}$ и $\text{S}$, используя имеющееся оборудование.

1. Определение площади поперечного сечения струи $\text{S}$.

Будем считать, что струя воды у выхода из крана имеет форму цилиндра. Ее поперечное сечение является кругом, площадь которого вычисляется по формуле $S = \frac{\pi d^2}{4}$, где $\text{d}$ — диаметр струи. С помощью измерительной линейки измеряем внутренний диаметр отверстия крана и принимаем это значение за диаметр струи $\text{d}$.

2. Определение объемного расхода $\text{Q}$.

Объемный расход — это объем жидкости $\text{V}$, протекающий через поперечное сечение за промежуток времени $\text{t}$. Он вычисляется по формуле $Q = \frac{V}{t}$. Для его нахождения выполним следующие шаги:

а) Открываем кран и настраиваем поток так, чтобы струя была ровной и стабильной.

б) Подставляем под струю измерительный цилиндр и одновременно включаем секундомер.

в) Набираем в цилиндр некоторый объем воды $\text{V}$ (например, 100 или 200 мл). Чем больше объем и время измерения, тем меньше относительная погрешность.

г) В момент, когда уровень воды достигает выбранной отметки, одновременно убираем цилиндр и останавливаем секундомер. Записываем полученное время $\text{t}$ и точный объем $\text{V}$.

д) Для повышения точности измерений рекомендуется повторить эксперимент несколько раз и найти среднее значение времени $\langle t \rangle$ для данного объема $\text{V}$.

3. Расчет скорости $\text{v}$.

Подставим выражения для площади $\text{S}$ и объемного расхода $\text{Q}$ в исходную формулу для скорости:

$v = \frac{Q}{S} = \frac{V/t}{\pi d^2 / 4}$

После преобразования получаем итоговую расчетную формулу:

$v = \frac{4V}{\pi d^2 t}$

После проведения измерений, перевода всех величин в систему СИ и подстановки их в эту формулу, можно вычислить числовое значение скорости движения воды в струе.

Ответ:

Скорость движения воды в струе определяется по результатам измерений диаметра струи $\text{d}$ (с помощью линейки), объема вытекшей воды $\text{V}$ (с помощью измерительного цилиндра) и времени $\text{t}$, за которое этот объем вытек (с помощью секундомера). Расчет производится по формуле $v = \frac{4V}{\pi d^2 t}$ после перевода всех измеренных величин в систему СИ.