Задача № 15 «Вареное яйцо»

1. Задача № 15 «Вареное яйцо»

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

2. Условие задачи

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

3. 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

4. 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

5. Экспериментальная установка №1 (с применением нитяного маятника)

L
Штатив с лапкой
и муфтой
нить
А
яйцо
5

6. Работа экспериментальной установки № 1

6
6

7. 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

8. Методика проведения эксперимента № 1

L
Методика проведения
эксперимента № 1
А
1)
2)
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

9. График зависимости N от t

N, количество колебаний
Условия проведения эксперимента: L = 24 см, А = 8 см.
m1 = 67 г
250
234
230 227 233 228
228
225
219 217
202
200
m2 = 67,3 г
198
186
179
175
170
166
154 152
150
136 135
125
124
110
100
0
119
106
1
2
3
N1, количесво колебаний
4
5
6
7
8
9
t, время
N2, количесво колебаний
10
варки, мин
Вывод: за последние 2 мин варки N практически не
изменяется.
9

10. График зависимости N от t

N, количество колебаний
Условия проведения эксперимента: L = 24 см, А = 8 см.
250
m1 = 67 г
234
230 227 233 228
228
225
219 217
202
200
m2 = 67,3 г
198
186
179
175
170
166
154 152
150
136 135
125
124
110
100
0
119
106
1
2
3
4
N1, количесво колебаний
Два опытных образца:
№
tн ,
m,
N,
5
6
7
N2, количесво колебаний
tгр,
п/п
варки
(мин)
масса
яйца (г)
кол.
колеб.
варки
(мин)
Х1
2,5
66,8
142
2,5
Х2
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

11. Экспериментальная установка №2 (с применением наклонной плоскости)

Яйцо
1
H
s1
2
Наклонная плоскость с
направляющими рейками
3
s2
Горизонтальная плоскость
с направляющими рейками
11

12. Работа экспериментальной установки № 2

12

13. Теоретическая модель № 2

1
H
V
s1
2
3
s2
1) По ЗСЭ для цилиндра, который скатывается по
наклонной плоскости: Еп = Ек + Ек вр.
Еп = mgH , Ек = mv² , Ек вр = Iω²
2
2
,
где I – момент инерции, ω – угловая скорость.
mgH =
mv² + Iω²
2
2
13

14. Теоретическая модель

Тело в твердом состоянии
(яйцо сварено)
mgH =
mv1²
2
+
I1ω1²
2
Еп = Ек1 + Ек1 вр.
Совокупность тел разного
агрегатного состояния и радиуса
mgH =
mv2²
2
+
I2ω2²
2
Еп = Ек2 + Ек2 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

15. 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

16. График зависимости S2 от t

Sср, перемещение, м
График зависимости S2 от t
m1 = 67 г
2
1,81
1,8
1,76
1,84
1,6
1,54
1,76
m2 = 67,3 г
1,67
1,62
1,86
1,76
1,75
1,74
1,71
1,86
1,64
1,56
1,51
1,431,44
1,4
1,321,32
1,2
1,221,21
1
0
Вывод:
1
2
3
S1, перемещение, м
4
5
6
S2, перемещение, м
7
8
9
10
t, время варки, мин
1) приращение S за последние 3 мин варки S
практически равно 0.
16

17.

Sср, перемещение, м
Проверка чувствительности метода
2
m1 = 67 г
1,8
1,76
1,6
1,86
1,86
1,76
1,75
1,74
1,71
1,67
1,62 1,64
1,84
1,81
1,76
m2 = 67,3 г
1,54 1,56
1,51
1,431,44
1,4
1,321,32
1,221,21
1,2
1
0
1
2
3
S1, перемещение, м
4
5
6
7
S2, перемещение, м
Два опытных образца:
8
9
10
t, время варки, мин
Вывод: данный метод
№
tн ,
m,
S,
tгр,
п/п
варки
(мин)
масса
яйца
(г)
перем,
(м)
варки
(мин)
Х1
2,5
66,8
1,52
3
Х2
8
66,8
1,86
8,6-10
является
более
чувствительным при варке
яйца в течение первых 6
минут, и последние 4
минуты метод менее
чувствителен.
17

18. 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

19. Экспериментальные данные

Таблица 1
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Экспериментальные данные
L, длина нити
(м)
0,24
Ам,
t,
амплитуда
m1,
N,
время варки
(м)
масса яйца
кол. колеб
(мин)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(г)
(м)
110
124
132
154
168
175
202
219
230
233
234
19
0,04
67

20. Экспериментальные данные

Таблица 2
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Экспериментальные данные
L, длина нити
(м)
0,24
Ам,
t,
амплитуда
m1,
N,
время варки
(м)
масса яйца
кол. колеб
(мин)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
(г)
(м)
106
119
130
152
166
174
198
217
227
228
227
20
0,04
67,3

21. Экспериментальные данные

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 наклон. пл-ти время варки
(м)
(м)
0,17
0,04
(мин)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
m1,
S2,
масса яйца
перемещ.
(г)
(м)
1,22
1,32
1,43
1,51
1,56
1,64
1,76
1,81
1,84
1,86
1,86
21
67

22. Экспериментальные данные

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 наклон. пл-ти время варки
(м)
(м)
0,17
0,04
(мин)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
m2,
S2,
масса яйца
перемещ.
(г)
(м)
1,21
1,32
1,44
1,54
1,62
1,67
1,71
1,74
1,75
1,76
1,76
22
67,3