Оборудование: резиновый шарик, два шприца $10~мл$ (один без « ушей »), трубка от капельницы, стакан с водой, нитка, линейка, салфетки.
Избыточное давление внутри резинового шарика достигает нескольких $\text{кПа}$ и зависимость этого давления от размеров шарика связана с упругими свойствами материала шарика. В этой задаче вам предлагается исследовать эту зависимость с помощью самодельного жидкостного манометра и определить толщину стенки шарика.
Плотность воды $\rho=1.00~\text{г}/\text{см}^3$, ускорение свободного падения $g=9.8~\text{м}/\text{с}^2$. В течение всей задачи считайте шарик сферой!
Добивайтесь того, чтобы при измерениях давления в трубке не было пузырей.
Внимание: у вас есть всего одна попытка выполнить эксперимент. При повторном надувании шарика его свойства поменяются, и серию измерений придется делать заново.
Для измерения периметра объекта сложной формы можно использовать обернутую вокруг него нитку. Если длина нитки превышает $30~\text{см}$, то ее можно аккуратно сложить вдвое и измерить половину ее длины.
Уровень воды должен находиться внутри трубки в обоих коленах (не в шприцах).
Выполните 3 измерения при $R>10~\text{см}$, 10 измерений при $4.0~\text{см}< R \leq 10~\text{см}$ и 3 измерения при $R \leq 4.0~\text{см}$. Зарисуйте установку.
Будьте внимательны, чем меньше шарик, тем быстрее он сдувается.
Рассмотрим маленький «квадратик» $a \times a$ на поверхности тонкой упругой сферы радиусом $R_0$ и толщиной $\delta_0$. Пусть под действием внеших сил размеры сферы увеличились в $\lambda$ раз, то есть ее радиус стал равным $\lambda R_0$ (размеры выбранного «квадратика» стали $\lambda a \times \lambda a$. При этом на каждую сторону «квадратика» стала действовать сила упругости $F=(\lambda-1) a \delta E$, где $E$ – модуль Юнга материала упругой сферы, $\delta$ – толщина стенки сферы.
Для латекса, из которого изготовлен шарик, известно $E = 2.0~\text{МПа}$. Применим рассмотренный выше подход к описанию шарика, считая его упругой сферой.