Решение на задача от "Турнир на младите физици"

1. “Турнир на младите физици”, 2011/2012
13.10.15
1

2. “Турнир на младите физици”, 2011/2012
СОУ „Васил Левски”, Троян
Участници:
Белослава Валентинова Дамянова-11 клас
Велислава Стоянова Иванова-11 клас
Вергиния Веселинова Борисова-11 клас
Пламен Веселинов Пеев-11 клас
Ръководител:
Д-р Надка Иванова-Данкова, преподавател по
физика и астрономия
13.10.15
2

3. 9.Монета и магнит
Поставете монета вертикално върху
магнит. Наклонете монетата спрямо
магнита и я пуснете. Монетата може да
падне върху магнита или да се върне към
вертикалното си положение. Изследвайте
и обяснете движението на монетата.
13.10.15
3

4. Хипотеза
Монетата пада върху магнита, или
се връща в първоначалното си
положение, в зависимост от формата
на магнита и силовите линии на
неговото поле. От значение е ъгъла,
на който наклоняваме монетата.
13.10.15
4

5. Необходими уреди и материали
13.10.15
5
Магнити с различна
форма:
•Подковообразен
•Пръстеновиден
•Пръчковиден
Монети от 10 ст.,5 ст.,2 ст.
Транспортир
Камера

6. Ход на работата
 Правим опити с различни монети и
определяме, кои от тях имат свойството да се
привличат от магнит.
 Избраните монети-от 5 и 2 ст., използваме за
целите на експеримента.
 Последователно правим опити с различни по
вид магнити. Определяме онези положения,при
които монетата се застоява на ръба си, както и
положенията , в които тя е нестабилна.
13.10.15
6

7. Ход на работата
При някои от положенията тя вибрира.
Определяме честота на трептенията при
различни разположения на монетата
спрямо полюсите на магнита. Правим
сравнение.
Търсим други характерни положения на
монетата.
Анализираме получените резултати
Правим изводи
13.10.15
7

8. Разсъждения и изводи
13.10.15
8

9. Експерименти
За подковообразен магнит монетата се
разполага по посока на магнитните
индукционни линии, свързващи двата полюса.
За пръстеновиден магнит монетата е най-
устойчива по радиалните линии на магнита.
Тези резултати потвърждават нашата хипотеза,
че от най-голямо значение е силата, породена
от полето и вихровите токове, възникващи при
движението на монетата в него.
13.10.15
9

10. Разсъждения и изводи
При отклонение на монетата на ъгъл, по-
голям от един граничен ъгъл, който в
теоретичната част отбелязваме с Θ,
монетата се привлича от магнита. Опитно
установяваме, че този ъгъл , при нашите
опити е: Θ = 100
13.10.15
10

11. Разсъждения и изводи
Монетите, които използваме се
ориентират по посока на областите с по-
голяма индукция на полето.
Следователно, тези монети са от
парамагнитно вещество. Южният полюс
на намагнитената парамагнитна монета е
насочена към северния полюс на силния
магнит и затова монетата се привлича от
него.
13.10.15
11

12. Действащи сили:
Връщаща сила: F= - kx, където:
 к е коефициента на еластичност;
x e отклонението
Съпротивителна сила: Fs= - rv, където:
r e коефициента на триене(съпротивление)
v е скорост на движение
Fm e сила, породена от вихровите токове,
възникващи поради пресичането на
силовите линии на полето от монетата
13.10.15
12

13. Трептенията на монетата затихват
поради действието на силите на триене и
съпротивление на средата. Това води до
намаляване на механичната енергия на
монетата и намаляване на амплитудата
на нейните трептения. На следващата
фигура е представена графиката на
затихващите трептения на монетата
13.10.15
13

14. Графика на зависимостта на амплитудата на
затихващите трептения от времето
13.10.15
14

15. Разсъждения и изводи
β монети:
r/m=2 β
За монетата от 5 ст: β=2,6
За монетата от 2 ст.: β=3,36, което
потвърждава извода за инертността на
по- голямата монета
13.10.15
15

16. Разсъждения и изводи
13.10.15
16
F
Fs
G
Θ
x
y
Fm

17. 13.10.15
17

18. Разсъждения и изводи
С помощта на камера заснемаме
трептеливото движение на монетата и
определяме средната стойност на
периода на трептенията и по формулата:
T=t/n, където n e броят на трептенията за
време t: T = 0,14 s; ν = 1/T =0,83 Hz
T = 2π /ω; ω = 2π /Т = 44.8
Hz
Тук ω е собствената циклична честота на
затихващите трептения 13.10.15
18

19. Разсъждения и изводи
Определяне на амплитудата на трептенията А:
sinΘ = A/D
Θ = 100
D = 1,9 cm
A = 0,3 cm =0,003 m
13.10.15
19
Θ
Fm

20. Разсъждения и изводи
Определяне на инерчните моменти на двете
монети- от 5 ст и 2 ст
I1 = m1.r1
2
= m1.D1
2
I2 = m2.r2
2
= m2.D2
2
I1> I2
13.10.15
20
Θ
Θ

21. Разсъждения и изводи
Инерчният момент е мярка за
инертността на монетите. Следователно
монетата от 5 ст се съпротивлява повече
под действието на сила.
За да се задвижи монетата е необходимо
да се създаде въртящ момент спрямо оста
ОY: M=F1.D1
13.10.15
21

22. Интернет източници
http://phys.tu-sofia.bg/ef/Phys
%202/Lektzii/Trepteniya/15%20vupros.pdf
http://physics-lectures.ru/mexanicheski-
kolebaniya-i-volny/7-7-zatuxayushhie-kolebaniya/
http://www.pmgsh.bg/bg/articles/category1/article
40.html
13.10.15
22