Физика одного тела

МОУ «Сугутская СОШ»

одного тела

Автор работы: ученица 9 класса

Кадеева Мария

Руководитель: учитель физики

с. Сугуты

Цель работы: - Исследовать некоторые физические свойства обычного

столового ножа, который находится в каждой кухне.

Актуальность – всегда интересно, что скрывается за обычными вещами, какие

физические характеристики можно изучать на примере широко

распространенных физических тел, отработать разные методы

проведения экспериментов и обработки данных.

Задачи: Измерить у отдельных деталей ножа.

-Массу

- Объем;

-Плотность

-Число молекул;

-Давление. создаваемое ножом ножа;

-Теплопроводность;

- Теплоемкость;

-Электрическое сопротивление;

-Снять вольтамперную характеристику стали.

-Магнитные свойства стали

Оборудование: - Столовый нож;

-Цифровой вольтметр;

-Цифровой амперметр;

-Соединительные провода;

-Мензурка с водой;

-Блок питания В-24;

-Реостат;

-Разновесы;

-Штангенциркуль;

- Магнит

- Спиртовка

Тезисы : - физические характеристики: масса, объем,

плотность, число частиц.

- маленькая сила - большое давление

- теплопроводность, теплоемкость

- электрические свойства

- почему сталь магнит

Выполнение работы:

Строение ножа: Стальной наконечник, деревянная ручка.

Измерение плотности стали:

Для определения всех обозначенных характеристик, мне пришлось отделить ручку от наконечника ножа. Масса определялась на рычажных весах с разновесами. Получила массу стальной части ножа : m=15,5г. Объем определила с помощью мензурки. Нальем в мензурку воду. Отмечаем уровень воды в мензурке :V1=180 см3 .Опускаем стальной нож в мензурку. Отмечаем новый уровень воды в мензурке V2.=182 cм3.Согласно закону Архимеда, объем тела равен объему жидкости вытесненный этим телом. Вычисляем V=V2-V1=182см3-180см3 =2 cм3

Плотность стали вычисляем по формуле P =m/V = 15,5·10ˉ³кг /2·10ˉ6м3 = 7750кг/м³ .

В справочной таблице плотность стали равна 7800кг/м3.

Аналогичным образом определяем плотность дерева. Р= m/V= 7,95 10-3/14 10м3= 567,9кг/м3, что соответствует средней плотности дерева.

Вывод: Вычисленные мной плотности стали и дерева имеют допустимую погрешность.

Определение числа частиц в стальной части ножа

Чтобы определить число частиц в веществе, используем формулу для расчета числа частиц данной массы вещества.

Используем формулу N= m NА/M = 6,02 1023моль-1 15,5 10-3кг/56 10 -3кг/моль =1,молекул

Вывод: в стальной части ножа содержится примерно 1,6 1023 молекул.

Определения давления.

Величина, равная отношению силы, действующей перпендикулярно поверхности, к площади этой поверхности, называется давлением.

Лезвие режущих и острие колющих инструментов (ножей, ножниц, резцов, пил, игл и т. д.) остро оттачивают. Острое лезвие имеет маленькую площадь, поэтому при помощи даже малой силы создается большое давление, и таким образом с этим инструментом легко работать.

Чтоб решить уравнение P=F/S, измерим площадь острия ножа.

S= ав, где а= 0,12 мм,- толщина лезвия, в=12,5 см - длина лезвия.

Тогда S = 0,00012 м*0,125м=0,0000075м2= 7,5*10 -6м2.

Допустим, при резке я прилагаю усилие F=35H.

Значит P=F/S=35Н /7,5·10-6м2=4.7·106Па = 4,7 МПа.

Вывод: Такое большое давление можно создать благодаря очень малой площади режущей части ножа.

Определение теплопроводности стали.

Теплопроводность – это способность вещества пропускать через свой объем тепловую энергию, а также количественная оценка этой способности (также называется коэффициентом теплопроводности).

Явление теплопроводности заключается в том, что кинетическая энергия атомов и молекул, которая определяет температуру тела, передается другому телу при их взаимодействии или передается из более нагретой области тела к менее нагретой области. Исторически считалось, что передача тепловой энергии связана с перетеканием теплорода от одного тела к другому. Однако более поздние опыты, в частности, опровергли реальность существования теплорода как самостоятельного вида материи. Соответственно, в настоящее время считается, что явление теплопроводности обусловлено стремлением занять состояние более близкое к термодинамическому равновесию, что выражается в выравнивании температуры.

Это выражение известно как закон теплопроводности Фурье.

В своей работе я не смогла выразить закон Фурье для стали, поэтому сравнила теплопроводность стали с теплопроводностью дерева следующим образом.

1  . На равных расстояниях вдоль стального стержня и вдоль деревянной ручки прикрепляем с помощью парафина кнопки.

2  В сосуд наливаем горячей воды и опускаем в нее сталь и деревянную ручку ножа

3  Через 6 секунд первая кнопка отпадает от стального стержня. И я очень долго ждала и не дождалась, чтобы отпала кнопка от дерева.

Вывод : Теплопроводность стали намного больше теплопроводности дерева.

Определение теплоемкости стали

1. В сосуд наливаем воды и опускаем в нее сталь массой mст= 0,0155кг.

2. Воду в сосуде нагреваем в пламени спиртовки до кипения. и прокипятим 5

минут, чтобы установилось тепловое равновесие между кипящей водой и сталью.

3. Теперь будем считать, что начальная температура стали t1ст= 100*С

4. Опускаем прогретую сталь в калориметр с холодной водой массы mв=0.13кг и

температуры t1в=20*С

5. Ждем несколько минут, чтобы установилось тепловое равновесие между холодной

водой и горячей сталью.

6. Измеряем конечную температуру воды и стали. tк= 22*.С

7. Используя уравнение теплового баланса Qотд= Qпол, ,находим удельную

теплоемкость стали. Cст=Св mв( t2-t1в)/mст(t2-t1ст)

Cст=4200Дж/кг С 0,13кг (22-21) / 0,0155кг (100-21) = 446Дж/кг*С

Вывод: Полученное значение удельной теплоемкости отличается от табличного значения 460 Дж/кг*С, т. к. при расчетах мы не учли потери тепла в окружающую среду.

Измерение сопротивления:

Проверим, проводит ли сталь ножа электрический ток, и от каких величин зависит его значение.

На рисунке: ВС- лезвия стального ножа, А - амперметр, V - вольтметр..

Если в цепи устанавливается электрический ток, то это означает, что через поперечное сечение проводника все время переносится электрический заряд. Заряд, перенесенный в единицу времени служит основной количественной характеристикой тока называемой силой тока.

В СИ единицей электрического сопротивления проводников служит Ом Сопротивлением в 1 Ом обладает такой участок цепи, в котором при напряжении 1 В возникает ток с силой 1 А.

Сопротивление обозначается величиной R. Сопротивление определяем из закона Ома для участка цепи. R = U/I.

Для данного эксперимента измерим значения силы тока при различных значениях напряжения и вычислим сопротивления.

Напряжение, U, В	0.45	0,41	0,38
Сила тока I. А	4,1	3,7	3,5
Сопротивление R, Ом	0.1	0,11	0,11

Вывод: Сопротивление проводника не зависит от приложенного напряжения и является постоянной величиной. характеризующий данный проводник

Зависимость сопротивления проводника от его длины

Измеряем значения силы тока и напряжения при различных значениях длины активной части проводника и вычисляем сопротивление в каждом случае.

Длина проводника	L	L/2	L/4
Напряжение U, В	0,44	0,4	0,34
Сила тока I, А	4,4	4,4	.44
Сопротивление R, Ом	0,1	0,09	0,07

вывод: Сопротивление стали зависит от длины проводника. Чем меньше длина активной части проводника, по которой идет ток, тем меньше его сопротивление.

Как известно, дерево является диэлектриком, значит аналогичные исследования провести с ним невозможно

Вольт - амперная характеристика

Проведем следующий опыт. Меняем напряжение на концах проводника и зафиксируем показания силы тока в цепи.

Напряжение, U, В	0.45	0,41	0,38
Сила тока I. А	4,1	3,7	3,5

Используя данные таблицы, построим график зависимости силы тока от напряжения

Вывод: сила тока в проводнике прямо пропорциональна к приложенному напряжению и обратно пропорциональна сопротивлению проводника. Зависимость напряжения от силы тока представляет собой прямую линию, и наклон ее тем больше, чем больше сопротивление.

Как известно, дерево является диэлектриком, значит, аналогичные исследования провести с ним невозможно.

Магнитные свойства.

Когда приближаем магнит к стали. сталь и магнит притягиваются, а дерево и магнит не притягиваются. Значит сталь обладает магнитными свойствами, дерево—нет. Это можно объяснить тем, что внутри стали имеются макроскопические электрические токи. Направления этих токов и порождаемые ими магнитные поля усиливают друг друга и возникает «собственное» магнитное поле и вещество намагничивается.

Если направления этих токов неупорядочены, порождаемые ими магнитные поля компенсируют друг друга, то тело не намагничено.

Результаты эксперимента;

1.  Я увидела, что простой нож является предметом, дающим очень много физических информаций;

2.  Любой предмет, с которым мы часто работаем, может стать источником информации;

3.  Теплопроводность стали больше, чем у дерева.

4.  Теплоемкость, подсчитанная на опыте соответствует табличной;

5. Все электрические закономерности, установленные для стали, в ходе данного эксперимента, соответствуют законам физики.

Используемая литература.

1.  , Физика – 7, 8, 9. Дрофа, Москва, 2007.;

2.  Мякишев, , Физика – 10, 11. Москва,

« Просвещение» , 2007год.