Домашнее задание, страница 27 - гдз по физике 7 класс учебник Исаченкова, Громыко

Домашнее задание

1. Возьмите пластиковую бутылку и мерный стакан, изготовьте мензурку. Определите цену деления и погрешность измерения изготовленной вами мензурки. Для изготовления шкалы используйте узкий лейкопластырь.

2. Изготовьте «часы Галилея». В дне пластиковой бутылки сделайте гвоздем отверстие. Вертикально на всю высоту бутылки наклейте узкую полоску лейкопластыря. Наполните бутылку водой на $2/3$ высоты. Штрихами отметьте на лейкопластыре начальный уровень воды, а затем уровни воды в открытой бутылке через 10 с, 20 с, 30 с и т. д. Расстояние между штрихами разделите на 10 равных частей. Пользуясь этими «часами», измерьте время показа одного рекламного ролика по телевизору.

Решение

Для того чтобы изготовить самодельную мензурку и определить ее основные характеристики, необходимо выполнить следующие действия:

Шаг 1: Подготовка материалов. Возьмите прозрачную пластиковую бутылку, желательно правильной цилиндрической формы для уменьшения погрешности, и мерный стакан с нанесенными делениями (в миллилитрах, мл, или сантиметрах кубических, см³). Наклейте на боковую поверхность бутылки ровную вертикальную полоску узкого лейкопластыря.

Шаг 2: Нанесение шкалы. С помощью мерного стакана отмерьте определенный объем воды, например, $V_0 = 100 \text{ мл}$. Перелейте эту воду в подготовленную бутылку. На лейкопластыре, точно на уровне поверхности воды, поставьте метку (штрих) и подпишите ее значение — «100».

Шаг 3: Продолжение градуировки. Отмерьте еще одну такую же порцию воды ($V_0 = 100 \text{ мл}$) и долейте ее в бутылку. Общий объем воды теперь составит $200 \text{ мл}$. Поставьте новую метку на этом уровне и подпишите «200». Повторяйте эту операцию, каждый раз добавляя одинаковый объем воды и отмечая новый уровень, до тех пор, пока не будет достигнут желаемый максимальный объем.

Определение цены деления.
Цена деления ($C$) измерительного прибора — это разность значений величины, соответствующих двум соседним штрихам на шкале. В нашем случае, так как мы наносили штрихи через равные объемы, цена деления будет равна объему одной порции воды, которую мы добавляли. Если мы добавляли воду порциями по $100 \text{ мл}$, то цена деления нашей мензурки будет: $C = 100 \text{ мл}$.

Определение погрешности измерения.
Абсолютная погрешность измерения ($\Delta V$) для прибора со шкалой принимается равной половине цены его деления. Это связано с тем, что при снятии показаний мы можем ошибиться не более чем на половину наименьшего деления. Формула для расчета погрешности: $\Delta V = \frac{C}{2}$. Для нашего примера, где $C = 100 \text{ мл}$, погрешность составит: $\Delta V = \frac{100 \text{ мл}}{2} = 50 \text{ мл}$.

Результат любого измерения объема $V_{изм}$ с помощью этого прибора следует записывать с учетом погрешности: $V = (V_{изм} \pm \Delta V)$. Например, измерение объема, совпавшего с отметкой «300», будет записано как $V = (300 \pm 50) \text{ мл}$.

Ответ: Для изготовления мензурки нужно на бутылку с наклеенным лейкопластырем последовательно наливать одинаковые, отмеренные мерным стаканом, порции воды и отмечать соответствующие уровни. Цена деления ($C$) такой мензурки равна объему одной порции воды. Погрешность измерения ($\Delta V$) вычисляется как половина цены деления: $\Delta V = C/2$.

2.

Решение

«Часы Галилея» представляют собой водяные часы (клепсидру), которые можно изготовить из подручных материалов. Вот пошаговая инструкция по их созданию и использованию.

Шаг 1: Сборка конструкции. Возьмите пластиковую бутылку. В самом ее дне аккуратно проделайте небольшое отверстие, например, с помощью раскаленного гвоздя. На боковую поверхность бутылки по всей ее высоте наклейте вертикально полоску лейкопластыря.

Шаг 2: Калибровка часов. Для калибровки понадобится секундомер (например, в смартфоне). Закройте отверстие в дне бутылки (можно пальцем или кусочком скотча). Наполните бутылку водой на $\frac{2}{3}$ высоты. Отметьте начальный уровень воды на лейкопластыре — это будет нулевая отметка, подпишите ее «0 с».

Шаг 3: Разметка шкалы времени. Одновременно запустите секундомер и откройте отверстие, позволив воде вытекать.

• Через 10 секунд после старта отметьте на лейкопластыре новый уровень воды и подпишите «10 с».
• Через 20 секунд от старта сделайте следующую отметку — «20 с».
• Продолжайте отмечать уровень воды через каждые 10 секунд (30 с, 40 с и т. д.), пока большая часть воды не вытечет.

Вы заметите, что расстояние между метками со временем уменьшается. Это происходит потому, что по мере понижения уровня воды в бутылке уменьшается гидростатическое давление, и скорость истечения воды падает (согласно закону Торричелли, скорость истечения пропорциональна квадратному корню из высоты столба жидкости: $v \sim \sqrt{h}$).

Шаг 4: Увеличение точности. Чтобы измерять промежутки времени меньше 10 секунд, разделите линейкой каждый 10-секундный отрезок на шкале на 10 равных частей. Каждое такое маленькое деление будет приблизительно соответствовать одной секунде. Точность будет выше в верхней части шкалы, где скорость изменения уровня больше.

Шаг 5: Использование часов. Чтобы измерить время показа рекламного ролика, снова закройте отверстие и наполните бутылку водой точно до отметки «0 с». Как только начнется рекламный ролик, откройте отверстие. Как только ролик закончится, немедленно закройте отверстие. Посмотрите на итоговый уровень воды и определите время по вашей шкале. Например, если уровень воды остановился на 7-м делении после отметки «30 с», то измеренное время составляет $30 + 7 = 37$ секунд.

Ответ: Чтобы изготовить «часы Галилея», в дне бутылки делается отверстие, а на стенку наклеивается лейкопластырь. Шкала калибруется с помощью секундомера: отмечаются уровни воды через равные промежутки времени (например, каждые 10 с). Для измерения длительности события (рекламного ролика) часы заполняются до нулевой отметки, запускаются в начале события и останавливаются в конце. Время считывается по получившейся шкале.