FR-00347Materiał Freedu

Wahadło Oberbecka

LiceumMaturaRozszerzenieFizyka

Źródło: Matura fizyka rozszerzona 4.15 — Matura maj 2019, formuła 2015 (MFA-R1_1P), zad. 3

Wahadło Oberbecka: jednorodny walec (promień 𝑟) z czterema prostopadłymi prętami, na których symetrycznie zamocowano jednakowe obciążniki; całość obraca się bez tarcia wokół poziomej osi O. Bryłę wprawia w ruch ciężarek P (masa 𝑚) zawieszony na lekkiej nierozciągliwej nitce nawiniętej na walec; nitka nie ślizga się. Mierzono czas 𝑡 opadania ciężarka z wysokości ℎ; na początku układ spoczywał.

Podpunkt 3.1

Na opadający ciężarek działają: siła napięcia nitki⃗ 𝐹𝐵 i siła ciężkości⃗ 𝐹𝑔, a na walec (w punkcie styku nitki A) – siła napięcia nitki⃗ 𝐹𝐴. Wpisz relacje (>, =, <): 𝐹𝐵 … 𝐹𝑔 oraz 𝐹𝐵 … 𝐹𝐴. (0–2 pkt)

Podpunkt 3.2

Zmierzono czas 𝑡 = 1,6 s opadania z wysokości ℎ = 0,960 m (ruch jednostajnie przyspieszony).

a) Zapisz wzór na 𝑎 przez 𝑡 i ℎ i oblicz 𝑎.

b) Wkład niepewności Δ𝑥 wielkości 𝑥 do niepewności 𝑦 = 𝑓(𝑥) określ jako Δ𝑦 = 1 2 |𝑓(𝑥 + Δ𝑥) − 𝑓(𝑥 − Δ𝑥)|. Oblicz niepewność 𝑎, gdy pomiar 𝑡 jest dokładny, a Δℎ = 5 mm.

c) Oblicz niepewność 𝑎, gdy ℎ jest dokładne, a Δ𝑡 = 0,1 s.

d) Ustal, która niepewność (Δ𝑡 czy Δℎ) bardziej wpływa na niepewność 𝑎. (0–5 pkt)

Podpunkt 3.3

Wyprowadź wzór na moment bezwładności części obrotowej: 𝐼 = 𝑚𝑟2 ( 𝑔 𝑎 − 1). (0–3 pkt)

Podpunkt 3.4

Obciążniki zamocowano bliżej osi obrotu. Jak zmieniły się: 1. moment bezwładności układu obciążników, 2. siła napięcia nitki? (0–2 pkt)

Podobne zadania