Мощность P = 6 Вт, площадь пластины S = 10 см², коэффициент отражения R = 0.6
Пусть за время Δt на пластину упали N фотонов, общая энергия всех фотонов E = P Δt, энергия каждого фотона (в предположении, что свет монохроматический) e = E/N = P Δt/N. Импульс каждого налетающего фотона равен п = e/c. Посчитаем, какой импульс налетающие фотоны передали пластине. - Отражённые фотоны (их было RN) передают пластине импульс Δп = 2п - Поглощённые фотоны (их было (1-R)N) передают платине импульс Δп = п Суммарно за время Δt пластине будет передан импульс ΔП = RN * 2п + (1-R)N * п = пN * (2R + 1 - R) = (1 + R) пN = (1 + R) (P/c) Δt
Сила F, действующая на пластину, по второму закону Ньютона F = ΔП / Δt = (1 + R) * P/c
Давление - сила, отнесённая к площади: p = F/S = (1 + R) * P / cS = 1.6 * 6 / (3*10^8 * 10*10^-4) = 3.2*10^-5 Па = 32 мкПа
где ∆l – абсолютное удлинение, l – начальная длина резинового жгута;
S – площадь поперечного сечения жгута, F – деформированная сила.
Измеривши F, S, ∆l можно найти модуль Юнга для данного материала (резины).
Ход работы.
1. Определить площадь поперечного сечения жгута.
Если в разрезе жгут круглый, определите штангенциркулем его диаметр d, если жгут в разрезе имеет форму прямоугольника, измеряйте его толщину а и ширину б.
Воспользуйтесь соотношением 1мм = 10-3м, отсюда 1мм2 = 10-6м2. Запишите d = … (мм) = … (м), или
а = …(мм) = … (м), б = …(мм) = …(м)
2. Вычислите значение площади поперечного сечения жгута:
S = hello_html_m4537f329.gif = …(м2) или а·б = …(м2)
IMG.jpg
3. Нанести на резиновом шнуре две метки (А и В) на расстоянии l0 друг от друга (около 10см) и измерить это расстояние:
l0= …. (см) = …..( м).
4. Закрепить короткий конец шнура в лапке штатива, а к длинному концу подвесить груз массой m1 = …(Н).
5. Снова измерить расстояние между метками на шнуре l1= …(см) = ….(м).
6. Рассчитайте абсолютное удлинение шнура (для 4 случаев)
Δl1 = l1 - l0 =….(см) = ….(м);
Δl2 = l2 - l0 =….(см) = ….(м);
Δl3 = l3 - l0 =….(см) = ….(м);
Δl4 = l4 - l0 =….(см) = ….(м).
7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
№
п/п
Результаты измерений
Результаты вычислений
a,
м
b
м
m,
кг
lo,
м
l1-4,
м
l1-4,
м
S,
м2
E1-4,
Па
1
2
3
4
8. По формуле hello_html_m1c6c9d4c.gifЕ·hello_html_m1d6e9db0.gif вычислите значение модуля Юнга для каждой пары Δl и F (следует Δl выразить в метрах):
Пусть за время Δt на пластину упали N фотонов, общая энергия всех фотонов E = P Δt, энергия каждого фотона (в предположении, что свет монохроматический) e = E/N = P Δt/N. Импульс каждого налетающего фотона равен п = e/c. Посчитаем, какой импульс налетающие фотоны передали пластине.
- Отражённые фотоны (их было RN) передают пластине импульс Δп = 2п
- Поглощённые фотоны (их было (1-R)N) передают платине импульс Δп = п
Суммарно за время Δt пластине будет передан импульс ΔП = RN * 2п + (1-R)N * п = пN * (2R + 1 - R) = (1 + R) пN = (1 + R) (P/c) Δt
Сила F, действующая на пластину, по второму закону Ньютона
F = ΔП / Δt = (1 + R) * P/c
Давление - сила, отнесённая к площади:
p = F/S = (1 + R) * P / cS = 1.6 * 6 / (3*10^8 * 10*10^-4) = 3.2*10^-5 Па = 32 мкПа
ответ. p = 32 мкПа
Закон Гука для упругой деформации имеет вид: σ=Е·ε,
где σ – механическое напряжение,
Е – модуль Юнга (модуль упругости),
ε – относительное удлинение.
Механическое напряжение равно σ=hello_html_578a02ee.gif а ε=hello_html_4f9151c.gif следовательно закон Гука:
hello_html_m1c6c9d4c.gifЕ·hello_html_m1d6e9db0.gif ,
где ∆l – абсолютное удлинение, l – начальная длина резинового жгута;
S – площадь поперечного сечения жгута, F – деформированная сила.
Измеривши F, S, ∆l можно найти модуль Юнга для данного материала (резины).
Ход работы.
1. Определить площадь поперечного сечения жгута.
Если в разрезе жгут круглый, определите штангенциркулем его диаметр d, если жгут в разрезе имеет форму прямоугольника, измеряйте его толщину а и ширину б.
Воспользуйтесь соотношением 1мм = 10-3м, отсюда 1мм2 = 10-6м2. Запишите d = … (мм) = … (м), или
а = …(мм) = … (м), б = …(мм) = …(м)
2. Вычислите значение площади поперечного сечения жгута:
S = hello_html_m4537f329.gif = …(м2) или а·б = …(м2)
IMG.jpg
3. Нанести на резиновом шнуре две метки (А и В) на расстоянии l0 друг от друга (около 10см) и измерить это расстояние:
l0= …. (см) = …..( м).
4. Закрепить короткий конец шнура в лапке штатива, а к длинному концу подвесить груз массой m1 = …(Н).
5. Снова измерить расстояние между метками на шнуре l1= …(см) = ….(м).
6. Рассчитайте абсолютное удлинение шнура (для 4 случаев)
Δl1 = l1 - l0 =….(см) = ….(м);
Δl2 = l2 - l0 =….(см) = ….(м);
Δl3 = l3 - l0 =….(см) = ….(м);
Δl4 = l4 - l0 =….(см) = ….(м).
7. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.
№
п/п
Результаты измерений
Результаты вычислений
a,
м
b
м
m,
кг
lo,
м
l1-4,
м
l1-4,
м
S,
м2
E1-4,
Па
1
2
3
4
8. По формуле hello_html_m1c6c9d4c.gifЕ·hello_html_m1d6e9db0.gif вычислите значение модуля Юнга для каждой пары Δl и F (следует Δl выразить в метрах):
Е1hello_html_m1503b679.gif·hello_html_75d540c3.gif ; Е₂hello_html_4eae7e99.gif·hello_html_803ce5f.gif ; Е₃hello_html_m644f6e54.gif·hello_html_mfd29df4.gif ; Е₄hello_html_m2284e91c.gif·hello_html_a10915b.gif .
9. Вычислите среднее арифметическое значение модуля
Еср. = hello_html_m13574d85.gif = … (Па)
10. Вычислите погрешности измерения, воспользовавшись данными:
Δl = 1,5 мм; Δа = Δб = Δd = 0,1 мм; ΔF = 0,1Н.
Относительная погрешность измерения:
ε = hello_html_3955a41.gif + hello_html_599a9faf.gif + hello_html_737b144d.gif+ … (Если S = а·б, F=Fср. = hello_html_m3ba48045.gif.
Абсолютная погрешность измерения Е равна: ∆Е = ε·Еср. = … (Па).
11. Запишите полученный результат: Е = Еср.±∆Е (Па).
Объяснение: