Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение Лицей 15 города

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Лицей № 15» города Воронежа Задача № 15 «Вареное яйцо» ТЮФ - 2016

Условие задачи Предложите неразрушающие методы для определения степени, до которой сварено куриное яйцо в кипящей воде. Изучить чувствительность ваших методов. 2

Цели и задачи 1) Подобрать неразрушающие методы для определения степени, до которой сварено куриное яйцо в кипящей воде. 2) Построить теоретическую модель и выполнить теоретическую оценку степени, до которой сварено яйцо. 3) Изучить чувствительность предложенных нами методов. 3

Оборудование 1) направляющие рейки 2) нить 3) измерительная лента 4) термометр 5) секундомер 6) весы 7) сосуд с холодной водой 8) штатив с муфтой и лапкой (2 шт). 4

Экспериментальная установка № 1 (с применением нитяного маятника) L Штатив с лапкой и муфтой нить А яйцо 5

Работа экспериментальной установки № 1 6 6

Теоретическая модель № 1 L А V вареное яйцо Vж V сырое яйцо Колебания тела на нити – затухающие. Причины: 1) сила сопротивления воздуха 2) тормозящее действие жидкого содержимого в яйце. По ЗСЭ: Еп → Ек → U 7 7

L А Методика проведения эксперимента № 1 1) 2) 3) 4) Условия проведения эксперимента: 3) длина нити – 24 см. амплитуда 4) максимальная – 8 см. начальная температура воды – 57˚С (сворачивается белок). температура для охлаждения – 20 ˚С Опыт 1. Варим яйцо 1 минуту. Охлаждаем в прохладной воде. Определяем количество полных колебаний. Повторяем опыты несколько раз, увеличивая время варки яйца на 1 минуту. 8 8

График зависимости N от t N, количество колебаний Условия проведения эксперимента: L = 24 см, А = 8 см. m 1 = 67 г 250 234 230 227 233 228 225 219 217 202 200 186 175 170 m 2 = 67, 3 г 198 179 166 154 152 150 136 135 124 110 100 0 119 106 1 2 3 N 1, количесво колебаний 4 5 6 7 8 N 2, количесво колебанийt, 9 10 время варки, мин Вывод: за последние 2 мин варки N практически не изменяется. 9

График зависимости N от t N, количество колебаний Условия проведения эксперимента: L = 24 см, А = 8 см. 250 m 1 = 67 г 234 230 227 233 228 225 219 217 202 200 186 175 170 m 2 = 67, 3 г 198 179 166 154 152 150 136 135 124 110 100 0 119 106 1 2 3 4 N 1, количесво колебаний Два опытных образца: № t н, m, N, 5 6 7 N 2, количесво колебаний tгр, п/п варки (мин) масса яйца (г) колеб. варки (мин) Х 1 2, 5 66, 8 142 2, 5 Х 2 8 66, 8 226 8 -8, 5 Вывод: 8 9 10 t, время варки, мин данный метод является более чувствительным при варке яйца в течение первых 7 минут, и последние 2 -3 минут метод менее чувствителен. 10

Экспериментальная установка № 2 (с применением наклонной плоскости) Яйцо H 1 s 1 2 Наклонная плоскость с направляющими рейками 3 s 2 Горизонтальная плоскость с направляющими рейками 11

Работа экспериментальной установки № 2 12

1 H Теоретическая модель № 2 V s 1 2 3 s 2 1) По ЗСЭ для цилиндра, который скатывается по наклонной плоскости: Еп = Ек + Ек вр. Еп = mg. H , Ек = mv² , Ек вр = Iω² 2 2 , где I – момент инерции, ω – угловая скорость. mg. H = mv² + Iω² 2 2 13

Теоретическая модель Тело в твердом состоянии (яйцо сварено) mg. H = mv 1² 2 + I 1 ω1 ² 2 Еп = Ек 1 + Ек 1 вр. Совокупность тел разного агрегатного состояния и радиуса mg. H = mv 2² 2 + I 2 ω2 ² 2 Еп = Ек 2 + Ек 2 вр. Выводы: 1) скорость поступательного движения вареного яйца в конце наклонной плоскости больше, т. к. меньше кинетическая энергия вращательного движения, следовательно перемещение его по горизонтали больше; 2) Причина разных перемещений – инерция. Момент инерции для вареного яйца меньше, чем у сырого (частично сваренного). 14

Методика проведения эксперимента № 2 Условия проведения эксперимента: 1) длина наклонной плоскости – 17 см. 2) высота наклонной плоскости– 4 см. 1) 2) 3) 4) Опыт 1. Варим яйцо 1 минуту. Охлаждаем в прохладной воде. Определяем перемещение яйца на наклонной плоскости. Повторяем опыты несколько раз, увеличивая время варки яйца на 1 минуту. 15 15

Sср, перемещение, м График зависимости S 2 от t m 1 = 67 г 2 1. 8 1. 76 1. 84 1. 86 1. 76 1. 75 1. 74 1. 71 1. 67 1. 62 1. 64 1. 6 1. 81 1. 76 m 2 = 67, 3 г 1. 54 1. 56 1. 51 1. 431. 44 1. 321. 32 1. 221. 21 1 0 Вывод: 1 2 3 S 1, перемещение, м 4 5 6 S 2, перемещение, м 7 8 9 10 t, время варки, мин 1) приращение S за последние 3 мин варки S практически равно 0. 16

Sср, перемещение, м Проверка чувствительности метода 2 1. 8 1. 76 1. 84 1. 86 1. 76 1. 75 1. 74 1. 71 1. 67 1. 62 1. 64 1. 6 1. 81 m 1 = 67 г 1. 76 m 2 = 67, 3 г 1. 54 1. 56 1. 51 1. 431. 44 1. 321. 32 1. 221. 21 1. 2 1 0 1 2 3 S 1, перемещение, м 4 5 t н, m, S, 7 S 2, перемещение, м Два опытных образца: № 6 tгр, п/п варки (мин) масса яйца (г) перем, (м) варки (мин) Х 1 2, 5 66, 8 1, 52 3 Х 2 8 66, 8 1, 86 8, 6 -10 8 9 10 t, время варки, мин Вывод: данный метод является более чувствительным при варке яйца в течение первых 6 минут, и последние 4 минуты метод менее чувствителен. 17

Выводы: 1) Подобрали неразрушающие методы для определения степени, до которой сварено куриное яйцо в кипящей воде. 2) Построили теоретическую модель явления. 3) Изучили чувствительность метода предложенного нами. 4) Чувствительнее метод на основе нитяного маятника. 5) Метод на основе нитяного маятника менее трудоемкий. 18

Таблица 1 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Экспериментальные данные L, длина нити (м) А м, амплитуда время варки 0, 24 0, 04 (мин) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (м) t, m 1, масса яйца (г) 67 N, колеб (м) 110 124 132 154 168 175 202 219 230 233 234 19

Таблица 2 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Экспериментальные данные L, длина нити (м) А м, амплитуда время варки 0, 24 0, 04 (мин) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 (м) t, m 1, масса яйца (г) 67, 3 N, колеб (м) 106 119 130 152 166 174 198 217 228 227 20

Таблица 3 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Экспериментальные данные L, длина H, высота t, наклон. пл-ти время варки (м) 0, 17 0, 04 (мин) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 1, масса яйца (г) 67 S 2, перемещ. (м) 1, 22 1, 32 1, 43 1, 51 1, 56 1, 64 1, 76 1, 81 1, 84 1, 86 21

Таблица 4 № п/п 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Экспериментальные данные L, длина H, высота t, наклон. пл-ти время варки (м) 0, 17 0, 04 (мин) 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 m 2, масса яйца (г) 67, 3 S 2, перемещ. (м) 1, 21 1, 32 1, 44 1, 54 1, 62 1, 67 1, 71 1, 74 1, 75 1, 76 22