Движение птички представляет собой колебания, во время которых жидкость – поднимается по трубке под действием разности сил давления паров. После подъема жидкости на определенный уровень птичка опрокидывается и цикл повторяется.

Для нахождения координат центра масс необходимо двигать крепление до тех пор, пока птичка не будет опрокидываться в тот момент, когда жидкость доходит до верха (низа) трубки.

Для нахождения центра масс рассмотрим следующую схему:

Измеренные таким способом значения:

Запишем выражение для координаты центра масс заполненной трубки, считая координату центра масс при пустой трубке равной $0$. Получим (считая, что можно пренебречь высотой столба жидкости, которая перетекла в тонкую трубку во время ее нахождения в нижнем шарике): \[X_{ц.м.}=d_2-d_1=\frac{(c+d_1) m-(d_1+b)\cdot(-m)}{M},\\ M(d_2-d_1)=m(d_1+b+c-d_1)\implies M=\frac{b+c}{d_2+d_1}m=\frac{b+c}{d_2-d_1}\frac{\pi d^2}{4}\rho h.\]В формуле $m$ – масса воды в трубке, $M$ – полная масса игрушки, $c$ – половина длины трубки.

Измеряем $b=29~мм$, $c=30~мм$, тогда:

Реальная масса, измеренная на весах равна $27.2~г$ (с учетом намоченного клюва).

Сделаем на стекле пометки на расстоянии $0.5~см$ друг от друга и, используя память секундомера, измерим зависимость $X(t)$. При этом нужно фиксировать моменты прохождения этих меток секундомером.

Ответ:

Из графика $X(t)$ можно заключить, что зависимость линейная. Это дает нам право считать скорость постоянной в следующих пунктах, связанных с подъемом жидкости по трубке, и измерять лишь время подъема воды на полную высоту, не снимая в явном виде зависимости.

Рассмотрим подъем жидкости по трубе. Рассчитаем увеличение энергии жидкости при подъеме до верхнего края. \[\Delta E=mg\left(b+\frac{h}{2}\right)+\frac{mv^2}{2}=\rho \left(\frac{\pi d^2}{4}gh\left(\frac{h}{2}+b\right)+\frac{1}{2}\frac{\pi d^2}{4}h\cdot\frac{h^2}{t^2}\right).\]Теперь получим среднюю мощность.\[P=\frac{\Delta E}{t}=\rho\left(\frac{\pi d^2}{4t}\cdot gh\cdot\left(\frac{h}{2}+b\right)+\frac{1}{2}\frac{\pi d^2}{4}h\cdot\frac{h^2}{t^3}\right)=\frac{\rho\pi d^2}{4}\cdot h\cdot\left(\frac{g(h+2b)}{2t}+\frac{h^2}{2t^3}\right)=91.1~мкВт\]

При дальнейших расчетах кинетической энергией будем пренебрегать ввиду ее малости.

Заливаем воду и опускаем туда кусочек льда. Устанавливаем вертикально корпус птички (без ножек) в воду. Используя шприц на $1~мл$ доливаем горячей воды и измеряем зависимость времени подъема от температуры в нижней части. Жидкость в принципе начинает подниматься по трубке при температуре $t$ около $17-18 \,^\circ \mathrm C$. $P$ – мощность, рассчитанная без учета кинетической энергии.

Ответ:

Видно, что кривая сильно загибается вверх. Это связано с тем, что температура кипения дихлорметана близка к комнатной, поэтому в диапазоне температур, в котором проводятся измерения давление его паров сильно зависит от температуры.
Для первых четырех точек зависимость значительно слабее.

Измерения в этой части довольно простые. Нужно измерить время, за которое жидкость поднимается до верха трубки (скорость ее подъема полагается постоянной) при включенном вентиляторе, напряжение на батарейках и силу тока, протекающего через вентилятор. В значениях силы тока возможны колебания в пределах $0.01-0.02~мА$. Само значение довольно сильно зависит от самого вентилятора и состояния батареек, но для всех установок оно находится в пределах от $0.25~А$ до $0.38~А$.

Для одной из установок $I=0.25~А$, $U=4.3~В$.

Время подъема $t_2=6.72~с$ с вентилятором и $t_1=14.32~с$ без него (значение $t_1$ получено из первого пункта).

Таким образом, проведя необходимые расчеты получаем:

Дополнительная мощность, обусловленная наличием вентилятора равна $103.9~ мкВт$. Затраченная же мощность равна $1.032~Вт$. Искомая доля энергии