BelPhO 2003, Заключителен етап, 9–11 клас — Э10-2. Экспериментальный тур, 10 класс, задача 2

Белорусская республиканская физическая олимпиада. Витебск, 2003 год

Условие

Вам необходимо исследовать процесс теплопередачи по металлическим стержням и трубке, заполненной водой. В качестве источника тепла используйте пламя свечи. В качестве датчика температуры используйте тонкий слой парафина, нанесенный на стержни и на стеклянную трубку. Температура плавления парафина около $50^{\circ}C$, температура пламени свечи около $900^{\circ}C$.

1. Исследуйте процесс теплопередачи по металлическим стержням, расположенным горизонтально. Получите зависимость длины $x$ расплавленного участка парафина на стержне от времени $t$.

В некоторых «умных книжках» написано, что эта зависимость описывается уравнением $x^2 = Kt$, (1)

где $K$ - некоторый коэффициент.

Проверьте экспериментально этот закон.

Определите коэффициент для всех ваших стержней.

Объясните, почему граница расплавленной области останавливается.

2. Исследуйте процесс теплопередачи по трубке с водой, расположенной под углом к горизонту.

Нагревайте трубку на расстоянии нескольких сантиметров от ее конца, чтобы не сжечь пластилин!

Получите зависимость длины $x$ расплавленного участка парафина на трубке от времени $t$. Подчинятся ли эта зависимость закону (1)?

В качестве характеристики теплопередачи используйте среднюю скорость движения границы расплавленной области $V = \dfrac{S}{\Delta t}$.

Увеличивается или уменьшается эта величина при увеличении угла наклона трубки?

Обоснуйте свой вывод экспериментально, дайте ему разумное теоретическое объяснение.

ОБОРУДОВАНИЕ: Штатив, набор проволок, стеклянная трубка, свеча, парафин, линейка, секундомер.

Решение

---

Оригинал в Архива: 2003problems.pdf · официални решения: 2003solutions.pdf