Pho.rs: Упругость кантилевера

A1 ^0.60 Спроектируйте и соберите оптическую установку так, чтобы лазерное пятно попадало в середину отражающей области кантилевера. Убедитесь, что лазерное пятно может стабильно появляться рядом с начальной точкой детектора PSD. Нарисуйте и укажите относительное положение (координаты и углы) каждого компонента на листе ответов.

1 M1 Нарисовано 4 прибора (лазер, отражатель, кантилевер, PSD) примерно в правильных положениях	0.20
2 M2 Нарисовано 2 или 3 прибора (лазер, отражатель, кантилевер, PSD) примерно в правильных положениях	0.10
3 Верно нарисован путь лазерного луча	0.20
4 Верно указаны координаты и угол отражателя	0.10
5 Верно указаны координаты и угол PSD	0.10

A2 ^0.80 Поскольку кантилевер будет возмущён при включении устройства, для достижения стабильного состояния может потребоваться некоторое время. После включения прибора в правом нижнем углу программы отобразится положение светового пятна на PSD и время. Записывайте положение светового пятна $d$ на PSD каждые 3 секунды при внешнем возмущении после нажатия кнопки "Запись" ("Record"). Запишите не менее 40 точек данных, а затем нажмите кнопку "Стоп" ("Stop"), чтобы остановить сбор данных.

1 Не менее 40 точек – 2 20-39 точек – 1	2 × 0.10
2 Не менее 10 точек во втором столбце с флуктуацией $1.000\cdot10^{-3}$ – 2 Не менее 5 точек – 1	2 × 0.10
3 Не менее 10 точек в четвертом столбце с флуктуацией $1.00\cdot10^{-4}$ – 2 Не менее 5 точек – 1	2 × 0.10
4 Не менее 10 точек во шестом столбце с флуктуацией $1.00\cdot10^{-5}$ – 2 Не менее 5 точек – 1	2 × 0.10

A3 ^1.00 Используя стабильный участок данных, полученных в A2, найдите исходное значение положения пятна с учетом флуктуаций эксперимента. ($\bar{d}$ —среднее значение $d$).

1 Снято не менее 10 точек по $d$	0.10
2 Точки во втором столбце $d\in [2.507;10.027]\cdot 10^{-5} м$ – 2 $d$ попали в порядок – 1	2 × 0.10
3 Рассчитана разность $d-\bar d$ не менее 10 точек	0.10
4 Значения стандартных отклонений в диапазоне $1.00\cdot 10^{-5}\le x\le 5.00\cdot 10^{-5}$ – 2 Вне диапазона выше, но внутри $1.00\cdot 10^{-6}\le x\le 5.00\cdot 10^{-4}$	2 × 0.20
5 Верно указано значение $\bar d$ и стандартное отклонение	0.20

B1 ^1.00 Спроектируйте и соберите оптическую установку для случая когда внешняя сила равна 0 Н.

Лазерный луч должно попадать в середину отражающей области кантилевера. Лазерный луч должно стабильно появляться рядом с центром детектора PSD.

Запишите данные в таблицу, чтобы получить исходное значение величины $d_0$.

Это положение светового пятна на PSD устанавливается как отклонение $\Delta d=0$. Затем приложите к кантилеверу пять различных величин внешних сил и запишите результаты эксперимента в таблицу на листе ответов.

1 $\bar d=d_0\in[-3.0;3.0]\cdot 10^{-5} м$ – 5 $\bar d=d_0\in[-6.0;6.0]\cdot 10^{-5} м$ – 2	5 × 0.10
2 Количество полностью разумно заполненных строк во второй таблице	5 × 0.10

B2 ^1.00 Заполнить таблицу. Постройте график величины смещения изгиба $\delta$ (ось $y$) от $\overline{\Delta d}$ (среднее смещение светового пятна на PSD, ось $x$).

1 Отношение значений $\delta$ r $F$ равно 5.12	0.40
2 Подписана и размечена ось $x$ для $\overline {\Delta d}, м$	0.20
3 Подписана и размечена ось $y$ для $\delta, м$	0.20
4 Нанесены точки на график	0.20

B3 ^0.40 Определите коэффициент $C_1$в формуле оптического рычага $\delta=C_1\,\overline{\Delta d}$ (рис. 3).

1 $C_1 \in [4.6; 5.4]\cdot 10^{-4}$ – 2
$C_1$ вне предыдущего диапазона, но $C_1 \in [4.2; 5.8]\cdot 10^{-4}$ – 1

2 × 0.20

C1 ^1.00 Спроектируйте и соберите оптическую установку.

Лазерный луч должно попадать в середину отражающей области кантилевера.

Запишите данные для комнатной температуры и найдите исходное значение величины $d_0$ Используйте его для $\Delta d=0$. Затем увеличьте температуру до более высокого значения, подождите, пока двухслойный кантилевер не стабилизируется, затем запишите данные. Измерьте как минимум 5 различных температур и запишите данные в таблицу на листе ответов.

1 $\bar d=d_0\in[-3.0;3.0]\cdot 10^{-5} м$ – 5 $\bar d=d_0\in[-6.0;6.0]\cdot 10^{-5} м$ – 2	5 × 0.10
2 Количество полностью разумно заполненных строк во второй таблице	5 × 0.10

C2 ^1.00 Заполните таблицу. Постройте график величины смещения изгиба $\delta$ (ось $y$) от температуры $T$ (ось $x$). Найдите коэффициент наклона. Вы можете использовать связь между $\delta$ и $\overline{\Delta d}$ из B3.

1 Отношение $\delta$ к $\overline {\Delta d}$ такое же, как $C_1$ в B3	0.20
2 Подписана и размечена ось $x$ для $T, К$	0.20
3 Подписана и размечена ось $у$ для $\delta, м$	0.20
4 Нанесены точки на график	0.20
5 Угловой коэффициент $\in [1.0; 1.7]\cdot 10^{-7} м/К$	0.20

C3 ^0.60 Используя данные из C2 вычислите модуль Юнга для верхнего материала.

1 Значение модуля Юнга $\in [3.0; 6.0]\cdot 10^{10}$ – 2 Значение модуля Юнга $\in [1.0; 9.0]\cdot 10^{10}$ – 1	2 × 0.20
2 Единицы измерения: Па	0.20

D1 ^0.60 Спроектируйте и соберите оптическую установку для образца №0. Пятно лазера должно попадать в центр отражающей области и затем в центр детектора PSD.

Укажите исходное значение величины $d_0$ в листе ответов. Смещение $\Delta d$ лазерного пятна установите $\Delta d=0$.

Повторите эксперимент для образца №1. Запишите в лист ответов результаты измерений.

Примечание: у образца №1 самый большой коэффициент покрытия среди всех образцов.

1 $\bar d=d_0\in[-3.0;3.0]\cdot 10^{-5} м$ – 2 $\bar d=d_0\in[-6.0;6.0]\cdot 10^{-5} м$ – 1	2 × 0.10
2 Полностью и разумно заполнена таблица для Образца №0	0.20
3 Полностью и разумно заполнена таблица для Образца №1	0.20

D2 ^0.60 Пусть смещение при изгибе $\delta$ зависит от параметров следующим образом: $\delta=C_2\frac{CR}{EI^*}L^4$. Используя результаты своих измерений в D1, найдите $C_2$. Вы можете использовать связь между $\delta$ и $\overline{\Delta d}$ из B3.

1 $C_2\in [-8.0; -7.0]\cdot 10^{-2} Н/м$ – 2
$C_2\in [-10.0; -5.0]\cdot 10^{-2} Н/м$ – 1

2 × 0.30

D3 ^0.80 Исследуйте образцы №2 и №3. Белковый слой состоит из того же белка, что и ранее, но отличается коэффициент покрытия $CR$. Измерьте смещение пятна лазера $\Delta d$ на детекторе PSD для обоих образцов. Запишите результаты в лист ответов.

1 Образец №2 $\overline {\Delta d}\in [-6.3;-5.7]\cdot 10^{-4} м$ – 2 $\overline {\Delta d}\in [-6.6;-5.4]\cdot 10^{-4} м$ – 1	2 × 0.20
2 Образец №3 $\overline {\Delta d}\in [-2.7;-2.1]\cdot 10^{-4} м$ – 2 $\overline {\Delta d}\in [-3.0;-1.8]\cdot 10^{-4} м$ – 1	2 × 0.20

D4 ^0.60 Оцените значения $CR$ для образцов №2 и №3 (в процентах).

1 Образец №2 $CR\in[0.6; 0.8]\%$ – 3 $CR\in[0.4; 1.0]\%$ – 1	3 × 0.10
2 Образец №3 $CR\in[0.25; 0.35]\%$ – 3 $CR\in[0.15; 0.45]\%$ – 1	3 × 0.10

Упругость кантилевера

Разбалловка