Выполни таблицу, показывая вычисления но кратко и понятно
\(S=a b=10^{-2}\cdot10^{-3}=10^{-5}\) м².
\(\Delta l=l-l_0\), \(k=\dfrac{F}{\Delta l}\), \(\;k_{\text{ср}}\approx100\) Н/м.
| № | \(a\), м | \(b\), м | \(S\), м² | \(l_0\), м | \(l\), м | \(\Delta l\), м | \(F\), Н | \(k\), Н/м |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 1 | \(10^{-2}\) | \(10^{-3}\) | \(10^{-5}\) | 0,89 | 0,93 | 0,04 | 4 | 100 |
| 2 | \(10^{-2}\) | \(10^{-3}\) | \(10^{-5}\) | 0,91 | 0,94 | 0,03 | 3 | 100 |
| 3 | \(10^{-2}\) | \(10^{-3}\) | \(10^{-5}\) | 0,89 | 0,91 | 0,02 | 2 | 100 |
Проверка:
\[ k_1=\frac{4}{0{,}04}=100,\quad k_2=\frac{3}{0{,}03}=100,\quad k_3=\frac{2}{0{,}02}=100\ \text{Н/м}. \]
Средняя жёсткость:
\[ k_{\text{ср}}=\frac{F_{\text{ср}}}{\Delta l_{\text{ср}}} =\frac{3}{0{,}03}=100\ \text{Н/м}. \]
То есть \(k_{\text{ср}}\approx 1{,}0\cdot10^2\) Н/м.
Обсуждение
12 сообщенийРаспиши решение
Распишу по шагам.
1. Площадь \(S\)
\[ S=a\cdot b \]
\[ S=10^{-2}\cdot 10^{-3}=10^{-5}\ \text{м}^2 \]
То есть:
\[ S=0{,}00001\ \text{м}^2 \]
Площадь во всех опытах одинаковая.
2. Удлинение \(\Delta l\)
\[ \Delta l=l-l_0 \]
Опыт 1:
\[ \Delta l_1=0{,}93-0{,}89=0{,}04\ \text{м} \]
Опыт 2:
\[ \Delta l_2=0{,}94-0{,}91=0{,}03\ \text{м} \]
Опыт 3:
\[ \Delta l_3=0{,}91-0{,}89=0{,}02\ \text{м} \]
3. Жёсткость \(k\)
По закону Гука:
\[ F=k\Delta l \]
Значит:
\[ k=\frac{F}{\Delta l} \]
Опыт 1:
\[ k_1=\frac{4}{0{,}04}=100\ \text{Н/м} \]
Опыт 2:
\[ k_2=\frac{3}{0{,}03}=100\ \text{Н/м} \]
Опыт 3:
\[ k_3=\frac{2}{0{,}02}=100\ \text{Н/м} \]
4. Средняя жёсткость
\[ k_{\text{ср}}=\frac{k_1+k_2+k_3}{3} \]
\[ k_{\text{ср}}=\frac{100+100+100}{3}=100\ \text{Н/м} \]
Можно проверить и так:
\[ F_{\text{ср}}=\frac{4+3+2}{3}=3\ \text{Н} \]
\[ \Delta l_{\text{ср}}=\frac{0{,}04+0{,}03+0{,}02}{3}=0{,}03\ \text{м} \]
\[ k_{\text{ср}}=\frac{F_{\text{ср}}}{\Delta l_{\text{ср}}} =\frac{3}{0{,}03}=100\ \text{Н/м} \]
Итоговая таблица
| № | \(S\), м² | \(\Delta l\), м | \(F\), Н | \(k=\frac{F}{\Delta l}\), Н/м |
|---|---|---|---|---|
| 1 | \(10^{-5}\) | 0,04 | 4 | 100 |
| 2 | \(10^{-5}\) | 0,03 | 3 | 100 |
| 3 | \(10^{-5}\) | 0,02 | 2 | 100 |
\[ \boxed{k_{\text{ср}}=100\ \text{Н/м}\approx 1{,}0\cdot 10^2\ \text{Н/м}} \]
По разбросу значений отклонения от среднего равны нулю. Если в работе требуется ещё приборная погрешность, для неё нужны данные о точности линейки и динамометра — в условии их нет.
Перепроверь
Пересчитал всё заново — в вычислениях ошибок нет. Вот проверка по каждому пункту.
1. Удлинение \(\Delta l=l-l_0\)
| № | \(l_0\), м | \(l\), м | \(\Delta l=l-l_0\), м |
|---|---|---|---|
| 1 | 0,89 | 0,93 | \(0{,}93-0{,}89=0{,}04\) ✓ |
| 2 | 0,91 | 0,94 | \(0{,}94-0{,}91=0{,}03\) ✓ |
| 3 | 0,89 | 0,91 | \(0{,}91-0{,}89=0{,}02\) ✓ |
2. Площадь
\[ S=ab=10^{-2}\cdot 10^{-3}=10^{-5}\ \text{м}^2=10\ \text{мм}^2\ ✓ \]
(полоска шириной 1 см и толщиной 1 мм — правдоподобно)
3. Жёсткость \(k=\dfrac{F}{\Delta l}\)
\[ k_1=\frac{4}{0{,}04}=100,\qquad k_2=\frac{3}{0{,}03}=100,\qquad k_3=\frac{2}{0{,}02}=100\ \text{Н/м} \]
Все три значения сходятся, поэтому
\[ k_{\text{ср}}=\frac{100+100+100}{3}=100\ \text{Н/м}=1{,}0\cdot10^{2}\ \text{Н/м}\ ✓ \]
Замечание по точности: \(\Delta l\) найдено как разность двух измерений с точностью до 0,01 м, поэтому реально \(k\approx(1{,}0\pm0{,}2)\cdot10^2\) Н/м. Идеальное совпадение «100, 100, 100» — следствие того, что \(F\) и \(\Delta l\) пропорциональны, а не особая удача опыта.
4. Важная проверка: для чего дана \(S\)
Площадь в законе Гука для жёсткости не нужна. Она нужна, если последний столбец таблицы — модуль упругости \(E\) (лабораторная «Измерение модуля упругости резины»):
\[ E=\frac{F\,l_0}{S\,\Delta l} \]
\[ E_1=\frac{4\cdot0{,}89}{10^{-5}\cdot0{,}04}=8{,}9\cdot10^{6}\ \text{Па} \]
\[ E_2=\frac{3\cdot0{,}91}{10^{-5}\cdot0{,}03}=9{,}1\cdot10^{6}\ \text{Па} \]
\[ E_3=\frac{2\cdot0{,}89}{10^{-5}\cdot0{,}02}=8{,}9\cdot10^{6}\ \text{Па} \]
\[ E_{\text{ср}}\approx9{,}0\cdot10^{6}\ \text{Па}=9\ \text{МПа} \]
Значения 8,9–9,1 МПа хорошо согласуются между собой и соответствуют табличному значению для резины, — значит, данные опыта непротиворечивы.
Итог: расчёты \(k\) верны (\(k_{\text{ср}}=100\) Н/м). Посмотри в своей таблице название последнего столбца: если там \(k\) — оставляй как есть, если \(E\) — вписывай \(E\approx9{,}0\cdot10^{6}\) Па.
Во втором не 0,91 а 0,89
Спасибо, учёл: во 2-м опыте \(l_0=0{,}89\) м. Тогда \(\Delta l_2=0{,}94-0{,}89=0{,}05\) м, и \(k_2\) меняется.
Пересчёт
\[ k_1=\frac{4}{0{,}04}=100,\qquad k_2=\frac{3}{0{,}05}=60,\qquad k_3=\frac{2}{0{,}02}=100\ \text{Н/м} \]
\[ k_{\text{ср}}=\frac{100+60+100}{3}=\frac{260}{3}\approx 87\ \text{Н/м} \]
Исправленная таблица
| № | \(l_0\), м | \(l\), м | \(\Delta l=l-l_0\), м | \(F\), Н | \(k=\frac{F}{\Delta l}\), Н/м |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | 0,89 | 0,93 | 0,04 | 4 | 100 |
| 2 | 0,89 | 0,94 | 0,05 | 3 | 60 |
| 3 | 0,89 | 0,91 | 0,02 | 2 | 100 |
\[ \boxed{k_{\text{ср}}\approx 87\ \text{Н/м}\approx 0{,}87\cdot10^2\ \text{Н/м}} \]
Если нужен модуль упругости \(E\)
\[ E=\frac{F l_0}{S\,\Delta l},\qquad S=10^{-5}\ \text{м}^2 \]
\[ E_1=\frac{4\cdot0{,}89}{10^{-5}\cdot0{,}04}=8{,}9\cdot10^{6}\ \text{Па} \]
\[ E_2=\frac{3\cdot0{,}89}{10^{-5}\cdot0{,}05}=5{,}3\cdot10^{6}\ \text{Па} \]
\[ E_3=\frac{2\cdot0{,}89}{10^{-5}\cdot0{,}02}=8{,}9\cdot10^{6}\ \text{Па} \]
\[ E_{\text{ср}}\approx\frac{8{,}9+5{,}3+8{,}9}{3}\cdot10^{6}\approx7{,}7\cdot10^{6}\ \text{Па}\approx7{,}7\ \text{МПа} \]
Обрати внимание: второй опыт теперь заметно выбивается (60 вместо 100 Н/м). Стоит проверить, нет ли ещё опечатки в его данных — например, в силе \(F\) или в \(l\).
Найди f ср
\[ F_{\text{ср}}=\frac{F_1+F_2+F_3}{3} \]
\[ F_{\text{ср}}=\frac{4+3+2}{3}=\frac{9}{3}=3\ \text{Н} \]
\[ \boxed{F_{\text{ср}}=3\ \text{Н}} \]
То есть средняя сила по трём опытам равна 3 Н.
Найти ∆l ср
\[ \Delta l_{\text{ср}}=\frac{\Delta l_1+\Delta l_2+\Delta l_3}{3} \]
\[ \Delta l_{\text{ср}} =\frac{0{,}04+0{,}05+0{,}02}{3} =\frac{0{,}11}{3} \approx 0{,}037\ \text{м} \]
\[ \boxed{\Delta l_{\text{ср}}\approx 0{,}037\ \text{м}\approx 3{,}7\ \text{см}} \]
Если округлить до сотых: \(\Delta l_{\text{ср}}\approx 0{,}04\) м.
Найди К ср
\[ k_{\text{ср}}=\frac{F_{\text{ср}}}{\Delta l_{\text{ср}}} \]
\[ k_{\text{ср}}=\frac{3}{0{,}0367}\approx 82\ \text{Н/м} \]
\[ \boxed{k_{\text{ср}}\approx 82\ \text{Н/м}} \]
Если считать как среднее арифметическое жёсткостей:
\[ k_{\text{ср}}=\frac{100+60+100}{3}\approx 87\ \text{Н/м} \]
Разница из-за округления \(\Delta l_{\text{ср}}\). В лабораторных обычно берут \(k_{\text{ср}}=\dfrac{F_{\text{ср}}}{\Delta l_{\text{ср}}}\), то есть ≈ 82 Н/м.
