LIII. Olimpiada Fizyczna. zawody III stopnia. olimpiady, konkursy, zadania 4/2004

Podobne dokumenty
LIV. Olimpiada Fizyczna. zawody II stopnia. olimpiady, konkursy, zadania. fizyka w szkole. ρ =10 3 kg/m 3, v =7km/s, α =45, S =0,01m 2.

10 RUCH JEDNOSTAJNY PO OKRĘGU

FIZYKA 2. Janusz Andrzejewski

XXXVII OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP III Zadanie doświadczalne

m q κ (11.1) q ω (11.2) ω =,

- substancje zawierające swobodne nośniki ładunku elektrycznego:

Atom (cząsteczka niepolarna) w polu elektrycznym

2.Prawo zachowania masy

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

MECHANIKA OGÓLNA (II)

rozwarcia 2α porusza sie wzd luż swojej osi (w strone

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

14P2 POWTÓRKA FIKCYJNY EGZAMIN MATURALNYZ FIZYKI I ASTRONOMII - II POZIOM PODSTAWOWY

L(x, 0, y, 0) = x 2 + y 2 (3)

11. DYNAMIKA RUCHU DRGAJĄCEGO

Siła tarcia. Tarcie jest zawsze przeciwnie skierowane do kierunku ruchu (do prędkości). R. D. Knight, Physics for scientists and engineers

PRĄD ELEKTRYCZNY I SIŁA MAGNETYCZNA

KOOF Szczecin: Komitet Główny Olimpiady Fizycznej. Andrzej Wysmołek Komitet Główny Olimpiady Fizycznej, IFD UW.

40. Międzynarodowa Olimpiada Fizyczna Meksyk, lipca 2009 r. ZADANIE TEORETYCZNE 2 CHŁODZENIE LASEROWE I MELASA OPTYCZNA

PRAWA ZACHOWANIA. Podstawowe terminy. Cia a tworz ce uk ad mechaniczny oddzia ywuj mi dzy sob i z cia ami nie nale cymi do uk adu za pomoc

ι umieszczono ladunek q < 0, który może sie ι swobodnie poruszać. Czy środek okregu ι jest dla tego ladunku po lożeniem równowagi trwa lej?

y i a o Ma F x i z i r r r r r v r r r r

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Prawo powszechnego ciążenia Newtona

18 TERMODYNAMIKA. PODSUMOWANIE

POLE MAGNETYCZNE W PRÓŻNI. W roku 1820 Oersted zaobserwował oddziaływanie przewodnika, w którym płynął

WZORU UŻYTKOWEGO EGZEMPLARZ ARCHIWALNY. d2)opis OCHRONNY. (19) PL (n) Centralny Instytut Ochrony Pracy, Warszawa, PL

Zastosowanie zasad dynamiki Newtona.

II.6. Wahadło proste.

Jedna z krawędzi powstałego prostopadłościanu miałaby długość 10 km. P F

APRZYK ADOWY ARKUSZ EGZAMINACYJNY FIZYKA I ASTRONOMIA POZIOM ROZSZERZONY. Czas pracy 150 minut. Instrukcja dla zdajàcego

Fizyka 1- Mechanika. Wykład 10 7.XII Zygmunt Szefliński Środowiskowe Laboratorium Ciężkich Jonów

PRZYK ADOWY ARKUSZ EGZAMINACYJNY Z MATEMATYKI

ROZWIĄZUJEMY PROBLEM RÓWNOWAŻNOŚCI MASY BEZWŁADNEJ I MASY GRAWITACYJNEJ.

MIERNICTWO WIELKOŚCI ELEKTRYCZNYCH I NIEELEKTRYCZNYCH

ĆWICZENIE 3 REZONANS W OBWODACH ELEKTRYCZNYCH

NACZYNIE WZBIORCZE INSTRUKCJA OBSŁUGI INSTRUKCJA INSTALOWANIA

GEOMETRIA PŁASZCZYZNY

WZORU Y1 (2?) Numer zgłoszenia: /TJ\ ]ntc]7-

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM FIZYKA I ASTRONOMIA

ARKUSZ EGZAMINACYJNY Z MATEMATYKI

Od redakcji. Symbolem oznaczono zadania wykraczające poza zakres materiału omówionego w podręczniku Fizyka z plusem cz. 2.

29 Rozpraszanie na potencjale sferycznie symetrycznym - fale kuliste

Wyznaczanie profilu prędkości płynu w rurociągu o przekroju kołowym

UKŁAD ROZRUCHU SILNIKÓW SPALINOWYCH

Przepływomierz MFM 1.0 Nr produktu

ROZPORZÑDZENIE MINISTRA GOSPODARKI 1) z dnia 25 wrzeênia 2007 r.

POMIAR OGNISKOWEJ SOCZEWEK METODĄ BESSELA

Projekt MES. Wykonali: Lidia Orkowska Mateusz Wróbel Adam Wysocki WBMIZ, MIBM, IMe

ARKUSZ PRÓBNEJ MATURY Z OPERONEM FIZYKA I ASTRONOMIA

Fizyka 2. Janusz Andrzejewski

Wyznaczanie współczynnika sztywności drutu metodą dynamiczną.

Doświadczenie Atwood a

8. Zginanie ukośne. 8.1 Podstawowe wiadomości

PORADNIK: Jak przyznaćstypendiumwprogramie Stypendia św. Mikołaja

Magnetyzm. A. Sieradzki IF PWr. Pole magnetyczne ŁADUNEK ELEKTRYCZNY ŁADUNEK MAGNETYCZNY POLE ELEKTRYCZNE POLE MAGNETYCZNE

Ruch obrotowy. Wykład 6. Wrocław University of Technology

RUCH KONTROLI WYBORÓW. Tabele pomocnicze w celu szybkiego i dokładnego ustalenia wyników głosowania w referendum w dniu 6 września 2015 r.

Wyznaczenie sprawności grzejnika elektrycznego i ciepła właściwego cieczy za pomocą kalorymetru z grzejnikiem elektrycznym

E4. BADANIE POLA ELEKTRYCZNEGO W POBLIŻU NAŁADOWANYCH PRZEWODNIKÓW

1. Ciało sztywne, na które nie działa moment siły pozostaje w spoczynku lub porusza się ruchem obrotowym jednostajnym.

SPECYFIKACJA ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA DLA PRZETARGU NIEOGRANICZONEGO CZĘŚĆ II OFERTA PRZETARGOWA

BRYŁA SZTYWNA. Umowy. Aby uprościć rozważania w tym dziale będziemy przyjmować następujące umowy:

ZASADY WYPEŁNIANIA ANKIETY 2. ZATRUDNIENIE NA CZĘŚĆ ETATU LUB PRZEZ CZĘŚĆ OKRESU OCENY

I B. EFEKT FOTOWOLTAICZNY. BATERIA SŁONECZNA

Wykład: praca siły, pojęcie energii potencjalnej. Zasada zachowania energii.

dr inż. Zbigniew Szklarski

Opady atmosferyczne. O szyby deszcz dzwoni, deszcz dzwoni jesienny I pluszcze jednaki, miarowy, niezmienny,

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

1) TUnŻ WARTA S.A. i TUiR WARTA S.A. należą do tej samej grupy kapitałowej,

cz.2 dr inż. Zbigniew Szklarski

PODSTAWY METROLOGII ĆWICZENIE 4 PRZETWORNIKI AC/CA Międzywydziałowa Szkoła Inżynierii Biomedycznej 2009/2010 SEMESTR 3

Energia kinetyczna i praca. Energia potencjalna

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z FIZYKI I ASTRONOMII

Fizyka 1 Wróbel Wojciech. w poprzednim odcinku

WYJAŚNIENIE I ZMIANA TREŚCI SPECYFIKACJI ISTOTNYCH WARUNKÓW ZAMÓWIENIA

Pęd, d zasada zac zasad a zac owan owan a p a p du Zgod Zg n od ie n ie z d r d u r g u im g pr p a r wem e N ew e tona ton :

Opis programu do wizualizacji algorytmów z zakresu arytmetyki komputerowej

Modele odpowiedzi do arkusza Próbnej Matury z OPERONEM. Matematyka Poziom rozszerzony

Pole magnetyczne. 5.1 Oddziaływanie pola magnetycznego na ładunki. przewodniki z prądem Podstawowe zjawiska magnetyczne

Rekrutacją do klas I w szkołach podstawowych w roku szkolnym 2015/2016 objęte są dzieci, które w roku 2015 ukończą:

Dziennik Ustaw Nr Poz i 2665 WZÓR ZNAKU IDENTYFIKACYJNEGO FUNKCJONARIUSZA STRA Y GRANICZNEJ

PRÓBNY EGZAMIN MATURALNY Z MATEMATYKI

PRZENIKANIE PRZEZ ŚCIANKĘ PŁASKĄ JEDNOWARSTWOWĄ. 3. wnikanie ciepła od ścianki do ośrodka ogrzewanego

należą do grupy odbiorników energii elektrycznej idealne elementy rezystancyjne przekształcają energię prądu elektrycznego w ciepło

Jak policzyć pole magnetyczne? Istnieją dwie metody wyznaczenia pola magnetycznego: prawo Biot Savarta i prawo Ampera.

Wykład 15. Reinhard Kulessa 1

PRACA MOC ENERGIA. Z uwagi na to, że praca jest iloczynem skalarnym jej wartość zależy również od kąta pomiędzy siłą F a przemieszczeniem r

Pole grawitacyjne. Definicje. Rodzaje pól. Rodzaje pól... Notatki. Notatki. Notatki. Notatki. dr inż. Ireneusz Owczarek.

Adres strony internetowej, na której Zamawiający udostępnia Specyfikację Istotnych Warunków Zamówienia:

PRZYK ADOWY ARKUSZ EGZAMINACYJNY Z MATEMATYKI

Modele odpowiedzi do arkusza próbnej matury z OPERONEM. Fizyka i astronomia Poziom rozszerzony

UCHWALA NR XXXIXI210/13 RADY MIASTA LUBARTÓW. z dnia 25 września 2013 r.

ZAPYTANIE OFERTOWE. Nazwa zamówienia: Wykonanie usług geodezyjnych podziały nieruchomości

10. Ruch płaski ciała sztywnego

WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOSCI KRĄŻKA

23 PRĄD STAŁY. CZĘŚĆ 2

XXXV OLIMPIADA FIZYCZNA ETAP WSTĘPNY Zadanie teoretyczne

Ćwiczenie: "Ruch harmoniczny i fale"

Zjawisko indukcji. Magnetyzm materii.

Transkrypt:

LIII Oimpiada Fizyczna zawody III stopnia ZADANIE 1 Pojazd sk ada si postopad oêciennego nadwozia o szeokoêci d i d ugoêci oaz z tzech kó. Jedno ko o umocowane jest na Êodku pzedniej kaw dzi nadwozia w taki sposób, e mo e byç sk cane pzez kieujàcego pojazdem wokó osi pionowej pzechodzàcej pzez Êodek ko a. Pozosta e dwa ko a umieszczone sà na koƒcach jednej osi pokywajàcej si z tynà kaw dzià nadwozia patz ysunek. ROZWIÑZANIE 1. Piewszym etapem ozwiàzania jest wyznaczenie p dkoêci pojazdu w takcie uchu na zak cie. Zagadnienie b dziemy taktowaç jako p askie. F 1 ma doœ F F 3 O d Na zak cie, majàc sk cone pzednie ko o o kàt α π/4, pojazd pousza si z maksymanà p dkoêcià, pzy któej jeszcze nie wpada w poêizg. Z jakà p dkoêcià pojazd b dzie si pousza po wyjechaniu na postà, jeêi kieowca b dzie badzo agodnie postowa pzednie ko o? Wspó czynnik tacia statycznego ko o pod o e wynosi µ. Ca kowita masa pojazdu waz z kieowcà wynosi m i jest ównomienie oz o ona wewnàtz nadwozia. Ko a sà jednakowe, wàskie i obacajà si niezae nie od siebie. Ich mas pomijamy. W ozwa aniach zaniedbaj ównie wysokoêç pojazdu. Sinik pojazdu jest wy àczony na ca ej ozwa anej dodze, opó toczenia i opó powietza pomijamy. Doga jest ideanie pozioma. Pzyspieszenie ziemskie wynosi g. Ruch jest jednostajnym obotem wokó punktu O b dàcego pzeci ciem postych stanowiàcych osie obotu kó. Punkt O znajduje si na pzed u eniu tynej osi pojazdu, w odeg oêci tgα od jej Êodka. Na pojazd dzia ajà si y tacia postopad e do p aszczyzny kó czyi wzd u ich osi obotu F 1, F i F 3. Si y te wywo ujà pzyspieszenie doêodkowe a doś Êodka masy pojazdu: F1 + F + F 3 m a doś. Rozk adajàc powy sze ównanie na sk adowe wzd u boków pojazdu i uwzg dniajàc zae noêci geometyczne, dostajemy F 1 cos α + F + F 3 ma doś M 1 / F 1 sin α ma doś, M gdzie M +/ jest odeg oêcià Êodka masy pojazdu od punktu obotu O. Eiminujàc z powy szych ównaƒ a doś, dostajemy / M F 1 cos α + F + F 3 M F 1 sin α, 4/4 35 43

czyi F + F 3 / sin α cos α F 1 + F 1. 3 Równanie 3 mo na te otzymaç z waunku zeowania si momentu si wzg dem Êodka masy. Z 3 otzymujemy, e F 1 > F + F 3. 4 Ci a pojazdu ozk ada si ównomienie na pzednià i tynà oê. Ko a si nie Êizgajà, co oznacza, e F 1 mg µ, F + F 3 mg µ. 5 Poniewa pojazd pousza si na ganicy poêizgu, z 5 i 4 otzymujemy F 1 mg µ. Wstawiajàc ten wynik do, otzymujemy 4 + a doś gµ +. Niech ω oznacza p dkoêç kàtowà, a v p dkoêç iniowà Êodka masy. Poniewa a doś ω M v / M, mamy ω 1 gµ +, 4 + v gµ +.. Moment bezw adnoêci pojazdu wzg dem Êodka masy wynosi I m d +. Datego enegia 1 kinetyczna pojazdu pouszajàcego si na zak cie jest ówna E zak 1 m M + Iω 1 m + 3 + d 1 gµ. 1 + Ta enegia jest ówna enegii kinetycznej uchu post powego pojazdu po wypostowaniu pzedniego ko a, czyi E zak 1 mv końc. Stàd v końc + 3 + d 1 gµ 1 +. Da α π/4 mamy, co daje 4 v końc gµ 3 1+ d 16. Wspó czynnik gµ w tym wzoze odpowiada maksymanej p dkoêci, z jakà mo e pouszaç si samochód o badzo ma ych ozmiaach na zak cie o pomieniu. Czynnik 4 3 1+ d 16,971 1+ d 16 jest, bioàc pod uwag wszystkie ideaizacje, badzo zbi ony do 1 np. v końc,971 gµ da d, a v końc 1,1 gµ da d. Mo e on byç znaczàco ó ny od 1 jedyne da du ych d/, co aczej nie odpowiada adnemu eaistycznemu pzypadkowi. Wato zauwa yç, e w paktyce watoêç v końc nie jest osza amiajàca: np. da d 1 m, m, µ 1otzymamy v końc 4,4 m/s. ZADANIE Skonstuowano dwa baony, z któych piewszy jest wype niony goàcym powietzem o tempeatuze T 373 K, a dugi paà wodnà o takiej samej tempeatuze. Spawdzono, e tu nad powiezchnià ziemi ka dy z baonów mo e unieêç mas m 3 kg, w àczajàc w to mas pow oki, inek i innych eementów konstukcyjnych. Tempeatua otoczenia wynosi T 93 K, ciênienie p 1 5 Pa. a Ie wynoszà obj toêci i V baonów? b Jaka jest minimana ioêç ciep a niezb dna do podgzania od tempeatuy otoczenia powietza w piewszym baonie? Ie wynosi minimana ioêç ciep a niezb dna do wytwozenia, z wody o tempeatuze ównej tempeatuze otoczenia, pay wodnej potzebnej do wype nienia dugiego baonu? c Stwiedzono, e tu po nape nieniu piewszego baonu, tempo utaty jego si y noênej udêwigu jest ówne k 1,3N/s. Ie wynosi tempo utaty si- y noênej dugiego baonu k tu po jego nape nieniu? Rozwa dwie mo iwoêci: i ca a skopona paa z dugiego baonu pozostaje w jego wn tzu zbiea si w specjanym pojemniku oaz ii ca a skopona paa z dugiego baonu jest natychmiast usuwana spada na ziemi. Kszta t obu baonów jest taki sam, pow oki majà takie samo pzewodnictwo ciepne, sà nieozciàgiwe, wiotkie i nie pzepuszczajà ani pay, ani powietza. Zak adamy, e paa wodna spe nia ównanie stanu gazu doskona ego. Ka dy z baonów ma na doe ma y otwó. Po nape nieniu baonów nie jest do nich dostaczane ciep o. Do obiczeƒ pzyjmij nast pujàce watoêci: masa moowa powietza M p,9 kg/mo; masa moowa wody M w,18 kg/mo; sta a gazowa R 8,3J mo 1 K 1 ; ciep o moowe powietza 44 36 fizyka w szkoe

pzy sta ej obj toêci c V 5 / R; ciep o w aêciwe wody c w 4 J kg 1 K 1 ; tempeatua wzenia wody pod ciênieniem p 1 5 Pa 373 K; ciep o paowania wody w tempeatuze 373 K i ciênieniu p 1 5 Pa,3 1 6 J/kg; pzyspieszenie ziemskie g 9,8m/s. ROZWIÑZANIE a G stoêç gazu doskona ego wya a si wzoem ρ pm, gdzie M jest jego masà moowà, zatem g stoêci sà odpowiednio ówne: RT powietza na zewnàtz baonów ρ pm p 1,191 kg RT m 3, powietza w piewszym baonie ρ 1 pm p RT,936 kg m 3, pay wodnej w dugim baonie ρ pm w RT,581 kg m 3. Kozystajàc z pawa Achimedesa, otzymujemy ρ V i m + ρ i V i, zatem V m mrtt ρ ρ 1 pm p T T 1174 m3, m ρ ρ mr pm p Mp T M w T 491 m 3. b Ciep o, niezb dne do ogzania powietza, wynosi Q 1 nc p T, gdzie c p c V + R jest ciep em moowym pzy sta ym ciênieniu w takich waunkach odbywa si podgzewanie. Otzymujemy Q 1 p RT c pt T 88,1 MJ. Ciep o dostaczone w dugim pzypadku jest sumà ciep a potzebnego do podgzania wody do 1 C Q pod m c w T oaz ciep a potzebnego do odpaowania wody m Q pa m, gdzie m V ρ 85 kg M p T 1 M w T jest masà pay wody. Zatem Q m [c M p T w T T + 75 MJ. 1 M w T c Za ó my, e w pzypadku piewszego baonu p dkoêç wyp ywu ciep a pzez pow ok wynosi q 1. Po czasie dt wyp ynie q 1 dt ciep a, co spowoduje obni enie tempeatuy powietza o dt q 1dt, nc p a w konsekwencji jego obj toêci o d nr p dt n i p sà sta e!. Zatem spadek si y noênej wyniesie dn 1 gρ d g M pq 1 T c p dt 3,4 1 6 kg J gq 1 dt. Powiezchnia dugiego baonu jest ówna V /3 azy powiezchnia piewszego baonu, czyi p dkoêç wyp ywu ciep a w tym pzypadku jest ówna V /3 q q1. W ciàgu czasu dt skopeniu uegnie q dt kiogamów pay, czyi obj toêç pay zmniejszy si o dv q dt. Zatem spadek si y wypou w tym pzypadku ρ w wynosi dn wypou gρ dv /3q1 V ρ g dt ρ w 5,7 1 7 kg J gq 1 dt. JeÊi skopona paa pozostaje w baonie, to spadek si y noênej jest ówny spadkowi si y wypou: dn dn wypou. Otzymujemy k dn k dn 1,15k 1,45 N 1 s. JeÊi woda powsta a ze skopenia pay wycieka na zewnàtz ub za oga jà wyewa, to spadek si y no- Ênej jest ówny spadkowi si y wypou minus zmniejszenie ci au pay: dn g ρ q ρ w q ρ g ρ 1 w V dt,6 1 7 kg J /3 q 1 dt gq 1 dt. W tym pzypadku tempo spadku si y noênej wynosi k dn dn 1 k 1,8k 1,3 N s. 4/4 37 45

ZADANIE 3 Wekto indukcji magnetycznej B tu nad powiezchnià nadpzewodnika jest zawsze styczny do tej powiezchni. a Kozystajàc z tego faktu, obicz si dzia ajàcà na jednostk d ugoêci nieskoƒczenie d ugiego, cienkiego, postoiniowego pzewodu znajdujàcego si w odeg oêci d od p aszczyzny nadpzewodzàcej. Wyznacz poe B tu nad nadpzewodnikiem. W pzewodzie p ynie pàd o nat eniu I. b Rozwa my wykonanà z pzewodnika, postokàtnà amk o wymiaach a b, pzy czym a b, w któej p ynie ustaony pàd o nieznanym nat eniu. Masa amki jest ówna m. Pzewodnik jest cienki. Spawdzono, e gdy amka ustawiona jest tak, e jej kótsze boki sà pionowe, to unosi si ewituje nad poziomà, nadpzewodzàcà p aszczyznà na wysokoêci d iczonej do Êodka amki, pzy czym a d b. Czy amka b dzie si unosiç ównie w pzypadku, gdy jej p aszczyzna b dzie ównoeg a do powiezchni nadpzewodnika? JeÊi tak, to na jakiej wysokoêci d? Pzyspieszenie gawitacyjne jest ówne g. ROZWIÑZANIE: a Pzyjmijmy, e powiezchnia nadpzewodnika jest okeêona ównaniem y, pzewodnik oke- Êajà ównania y d i x, a pàd p ynie w nim zgodnie z wektoem e z. Poe B da y > jest sumà pó pochodzàcych od pàdu p ynàcego w naszym ducie i pàdów wyindukowanych w nadpzewodniku. Zak adamy, e da y > poe magnetyczne pochodzàce od pàdów wyindukowanych w nadpzewodniku jest ówne pou pochodzàcemu od pzewodnika o ównaniach y d, x wktóym p ynie pàd I zgodnie z wektoem e z. àcznie mamy Bx, y, z µ [ I y d π y d + x, x y d + x, + + µ I [ y + d π y + d + x, x y + d + x,, gdzie wykozystaiêmy wzó na indukcj magnetycznà poa nieskoƒczonego, postoiniowego pzewodu. Tu nad powiezchnià nadpzewodnika y + dostajemy Bx, y +, z µ I π + µ I π [ d d + x, [ d d + x, x d + x, + x d + x,. Aby spe niç waunek bzegowy, musimy pzyjàç d d, I I. Otzymujemy wtedy Bx, y +, z µ [ I d π d + x,,. Si a dzia ajàca na nasz pzewód pochodzi od poa magnetycznego wytwozonego pzez pzewód obaz i zgodnie ze znanym wzoem jest ówna na jednostk d ugoêci µ I f 4πd e y. Nasz pzewód jest odpychany od nadpzewodnika. b Kozystajàc z zasady supepozycji i wyników punktu a otzymujemy, e poe magnetyczne nad nadpzewodnikiem jest sumà poa magnetycznego naszej amki i amki obazu, b dàcej odbiciem zeczywistej amki wzg dem p aszczyzny nadpzewodnika z zamianà pàdu I p ynàcego w amce na I. Zatem si a dzia ajàca na amk jest si à pochodzàcà od amki obazu. JeÊi wysokoêç y amki nad nadpzewodnikiem spe nia waunek a y b, to mo emy pzyjàç, e poe magnetyczne od amki obazu jest poem od dwóch nieskoƒczonych, ównoeg ych pzewodników z pàdem I i I. Pzyjmijmy, e nadpzewodnik e y w p aszczyênie y i e d u sze boki amki sà okeêone ównaniami x x 1, y y 1, a z a oaz x x 1, y y, a z a. Si y dzia ajàce na te boki b dà ówne F1 µ [ x 1 π I a x 1 +y 1 + y, y 1 y 1 y 1 + y x 1 +y 1 + y,, F µ [ x 1 π I a + x 1 +y 1 + y, y y y 1 + y x 1 +y 1 + y,. Poniewa a b, si y pochodzàce od kótszych boków pomijamy. Suma si F 1 i F, da amki ównoeg ej do nadpzewodnika x 1 b, y 1 y y, jest ówna F µ [ π I a, y y [ µ π I a, b 4y 3,. y b +y, Da amki postopad ej do nadpzewodnika x 1, y 1 y + b, y y b F µ [ π I a, µ [ π I a y + b y + b + y b y b 4y y, b 4y 3,,, 46 38 fizyka w szkoe

czyi w obu pzypadkach si a jest taka sama! Oznacza to, e w obu pzypadkach amka b dzie si unosi a na tej samej wysokoêci nad nadpzewodnikiem, czyi d d. ZADANIE DOÂWIADCZALNE Masz do dyspozycji: optycznà czanà skzynk, ase, dwa spinacze do bieizny, papie miimetowy, postopad oêcienny kocek, pastein i taêm kejàcà. Optyczna czana skzynka zawiea p asko-ównoeg à p ytk z pzezoczystego mateia u. Wyznacz guboêç p ytki d oaz wspó czynnik za amania n mateia u, z któego jest wykonana. Uwaga! 1 Lase emituje spoayzowane iniowo Êwiat o o d ugoêci fai λ 65 nm. Zachowaj szczegónà osto noêç i w adnym wypadku nie dopuêç do tego, by pomieƒ Êwiat a aseowego bezpoêednio, bàdê po odbiciu dosta si do oka. 3 Gdy nie wykonujesz pomiaów, wy àcz ase. pasteina ub taœma kej¹ca postopad³oœcian ROZWIÑZANIE Optyczna czana skzynka sk ada si ze szkanej p ytki oaz niepzezoczystej podk adki o zbi onej guboêci. Szkana p ytka po àczona by a z podk adkà za pomocà niepzezoczystej pastikowej istwy w sposób pzedstawiony Rys. 1 na ysunku 1. Do pomiaów optycznych dost pna by a tyko jedna powiezchnia szkanej p ytki. Wspó czynnik za amania pzezoczystego mateia- u szk a n oaz guboêç p ytki d mo na wyznaczyç, badajàc odbicie Êwiat a od p ytki. Poniewa wêód dost pnych pzyzàdów nie ma kàtomieza, odpowiednie kàty tzeba wyznaczyç, odwzoowujàc bieg pomienia aseowego na papieze miimetowym i kozystajàc z odpowiednich funkcji tygonometycznych. Takie pomiay mo na wykonaç w uk adzie doêwiadczanym pzedstawionym schematycznie na ys.. Optyczna czana skzynka ustawiona jest obok postopad oêciennego kocka w taki sposób, aby powiezchnia p ytki by a postopad a do kocka. Papie miimetowy zamocowany na wi kszym z boków kocka, pzy u yciu pasteiny ub taêmy kejàcej, pe ni o ekanu. Lase zamocowany jest w uchwycie spozàdzonym z dwóch spinaczy do bieizny ys.. Takie ozwiàzanie umo iwia nie tyko zmian kàta padania Êwiat a na p ytk, ae pozwaa ównie na swobodne obacanie asea, umo iwiajàce zmian oientacji p aszczyzny poayzacji Êwiat a. Pomieƒ Êwiat a aseowego pada na p ytk pod kàtem α ys. 3. Cz Êç Êwiat a odbija si, a cz Êç za- amuje pod kàtem β i wnika do p ytki, po czym odbija si od tynej Êcianki p ytki i po za amaniu ównie pod kàtem α, pada na ekan. W efekcie, na ekanie pojawiajà si dwie pamki, jedna pochodzi od pomienia odbitego od pzedniej, duga od tynej powiezchni p ytki. Z postych ozwa aƒ geometycznych wynika, e c b tgα, c d tgβ. àczàc te wya enia, mo emy wyaziç odeg oêç mi dzy pamkami b w postaci b dtgβctgα. Bioàc pod uwag, e wspó czynnik za amania n sin α i kozystajàc z zae noêci sin β sin α d a +, cos α a a +, a b papie miimetowy p³ytka ase c Rys. spinacz taœma kej¹ca nakejona na wy³¹cznik Rys. 3 4/4 39 47

po postych pzekszta ceniach dostajemy wya enie na odeg oêç pomi dzy pamkami: b ad n 1 + a n. 1 Z wya enia 1 wynika, e odeg oêç mi dzy pamkami jest funkcjà guboêci d p ytki oaz wspó czynnika za amania n pzezoczystego mateia u. Da wyznaczenia obu tych wiekoêci wystaczy zmiezyç b da co najmniej dwóch ó nych kàtów padania Êwiat a na p ytk oznacza to wykonanie pomiaów da dwóch pa odeg oêci a oaz. Znacznie epszà dok adnoêç osiàgnàç mo na, wykonujàc pomiay da wi kszej iczby konfiguacji i póbujàc pzedstawiç je gaficznie w sposób umo iwiajàcy dopasowanie postej do danych doêwiadczanych. Jedna z mo iwoêci poega na dopowadzeniu zwiàzku 1 do postaci: a b n 4d + a 4d. JeÊi wykonaç pomiay w taki sposób, e pomieƒ asea padaç b dzie zawsze w to samo miejsce na p ytce czyi pzy ustaonej odeg oêci, a zmieniaç si b dzie odeg oêci a pamki od bzegu ekanu, to zae noêç pzyjmie postaç iniowà: y Ax B, 3 gdzie y a /b, x + a, A n /4d, B /4d. Dopasowanie do danych doêwiadczanych pozwoi wyznaczyç zaówno wspó czynnik za amania n jak i guboêç p ytki d. Wadà takiego ozwiàzania jest to, e wiekoêci te sà ze sobà powiàzane i niepewnoêç wyznaczenia guboêci p ytki wp ywa na niepewnoêç wyznaczenia wspó czynnika za amania. Mo na tego uniknàç, wyznaczajàc wspó czynnik za- amania w niezae nym ekspeymencie, natomiast ównanie pzekszta ciç mo na do postaci ównania postej, w któym jedynym paametem dopasowania b dzie guboêç p ytki, np. + a n 4d a b, 4 co mo na zapisaç jako: y 1 4d x 1, 5 gdzie y 1 + a n, x 1 a /b. Wspó czynnik za amania pzezoczystego mateia- u mo na wyznaczyç, kozystajàc z tego, e Êwiat o emitowanie pzez ase jest spoayzowane. Zmieniajàc ustawienie kieunku poayzacji Êwiat a popzez obacanie obudowy asea, nae y znaeêç taki kàt odbicia, pzy któym nat enie Êwiat a odbitego jest minimane. Z takà sytuacjà mamy do czynienia, gdy p aszczyznà poayzaci Êwiat a padajàcego jest p aszczyzna padania, natomiast kàt padania odbicia jest ówny kàtowi Bewstea α B, tzn. zachodzi zwiàzek n tgα B. 6 Znajàc wspó czynnik za amania n, nae y podstawiç dane doêwiadczane do zae noêci 5 i dopasowaç postà. Cz Êç doêwiadczana Zmontowano uk ad pomiaowy zgodnie ze schematem pzedstawionym na ys.. Pastikowe os onki p ytki by y zaokàgone i datego, eby ustawiç jà w pozycji pionowej, u yto pasteiny. Pzyk adowe wyniki pomiaów d ugoêci a oaz odeg o- Êci pomi dzy pamkami b uzyskane da 68 ± 1 mm zebano w tabei 1. Pzyj to dok adnoêç pomiaów,5 mm. Uzyskane ezutaty pzedstawiono na wykesie i dopasowano postà ys. 4. TABELA 1 a, mm 18,5 8,5 33 4,5 63,5 b, mm 4,5 6,5 7 8,5 1,5 y 4 3 1 y,55,3 x 8,9 1,5-1 4 6 x mm Rys. 4 8 Z dopasowania postej uzyskano wspó czynnik kieunkowy A,55 ±,3 mm, B 8,9 ± 1,5, co nast pnie pozwoi o wyznaczyç wspó czynnik za amania A n 1,67 ±,15 oaz B d / B 11,4 ±,95 mm. Wyznaczenie wspó czynnika za amania z pomiau kàta Bewstea da o dok adniejsze ezutaty. Na podstawie Êedniej z kiku pomiaów uzyskano watoêç n tgα B 1,48 ±,5. Wyniki pomiaów kàtowych naniesiono na wykes ys. 5. Z dopasowania postej do zae noêci 5 otzymano 4d 38 ± mm, co daje d 9,7 ±,3 mm. 48 4 fizyka w szkoe

y 1 mm Rys. 5 15 1 5 4d 38 mm 5 1 15 5 3 35 4 Uzyskana w ten sposób guboêç p ytki jest badzo biska watoêci 1, mm zmiezonej wczeêniej pzy u yciu suwmiaki. Autozy: zadania teoetyczne d Jacek Jasiak, zadania doêwiadczane d Andzej Wysmo ek. Obaj z KGOF i Wydzia u Fizyki Uniwesytetu Waszawskiego Laueaci Fina u LIII Oimpiady Fizycznej 1. Magdaena Anna Guewicz, nauczycie: mg Anna Mazukiewicz, kasa IV, V LO im. ks. Józefa Poniatowskiego w Waszawie. Piot Kzysztof Migda, nauczycie: mg Ewa Gajda, kasa II, V LO w Biesku-Bia ej 3. Sieciech Czajka, nauczycie: mg Andzej Majeowski, kasa II, V LO im. ks. Józefa Poniatowskiego w Waszawie 4. ukasz Zbigniew Kysiak, nauczycie: mg Zbigniew Kysiak, kasa IV, V LO w Piotkowie Tybunaskim 5. Kzysztof Macin Choomaƒski, nauczycie: mg Tomasz Goazdowski, kasa IV, II LO im. Stefana Batoego w Waszawie 6. Bat omiej Maciej Szczygie, nauczycie: mg Andzej Januszkiewicz, kasa IV, Zespó Szkó Ogónokszta càcych n im. Cypiana Kamia Nowida w Jeeniej Góze 7. Piot Findeisen, nauczycie: d E bieta Zawistowska, kasa IV, XIV LO im. Stanis awa Staszica w Waszawie 8. Jan Macin Gzybowski, nauczycie: mg Stanis aw Szymonik, kasa II, LO n 1 im. Komisji Edukacji Naodowej w Staowej Woi 9. Tomasz Kao Pietzak, nauczycie: mg Jaos aw Szyda, kasa IV, II LO im. Maii Sk odowskiej-cuie w Piotkowie Tybunaskim 1. Mateusz Micha Nowaczyk, nauczycie: mg Hanna Szybuska, kasa IV, I LO im. Miko aja Kopenika w odzi x 1 11. Les aw Adam Rachwa, nauczycie: mg Anna Suiga, kasa IV, I LO im. Boes awa Kzywoustego w G ogowie 1. Macin Suszczewicz, nauczycie: mg Kzysztof yszczek, kasa IV, XIII LO w Szczecinie 13. Gzegoz ukasz Goonka, nauczycie: mg Aicja Wcis o, kasa IV, IV LO im. Hanki Sawickiej w Kiecach 14. Jacek Pawe Puchta, nauczycie: mg Ga yna K cisz, kasa IV, I LO im. Stefana eomskiego w Kiecach 15. Piot Rafa Guzik, nauczycie: mg Gzegoz Depczyƒski, kasa IV, I LO im. Miko aja Kopenika w KoÊnie 16. ukasz Piot Bàk, nauczycie: d S awomi Bzezowski, kasa IV, V LO im. Augusta Witkowskiego w Kakowie 17. Piot Eugeniusz KuÊka, nauczycie: mg Gzegoz opatka, kasa IV, II LO im. Andzeja Fycza Modzewskiego w Rybniku 18. Bat omiej Romaƒski, nauczycie: d E bieta Zawistowska, kasa IV, XIV LO im. Stanis awa Staszica w Waszawie 19. Wojciech Maaƒski, nauczycie: mg Mios aw Augustyniak, kasa IV, LO im. Stefana Banacha w aganiu. Macin Pawe Kisieowski, nauczycie: mg Joanna Misiua, kasa IV, I LO im. W adys awa Boniewskiego w Boes awcu. Tot z nazwiskami aueatów fot. ukasz Badowski. 4/4 41 49