Spagna 2008

Cuelgue sucesivamente del hilo las arandelas necesarias para que los valores de la masa $m$ sean los indicados en la primera columna de la tabla 1 de la hoja de respuestas. Para cada valor de $m$, mida y anote en la columna adecuada de la tabla I de la figura 5, al final del enunciado: • El tiempo que tarda $m$ en descender una altura $h=1,00\text{m}$. Es conveniente repetir tres veces la medida ($t_1$, $t_2$ y $t_3$) y calcular el valor medio, $\bar{t}$. • La caída de potencial $\Delta V$ en la resistencia $R$. Como su valor puede variar ligeramente durante el descenso de $m$, es conveniente anotar los valores máximo y mínimo observados y tomar el promedio, $\overline{\Delta V}$, para cálculos posteriores.

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Sulla fila si appendono successivamente le arande necessarie per rendere i valori di massa $m$ Le informazioni relative alle domande di risposta sono riportate nella prima colonna della tabella 1. Per ogni valore $m$, misura e annotate nella colonna appropriata del tabella I di figura 5, alla fine della frase: • El tiempo que tarda $m$ en descender una altura $h=1,00\text{m}$. È opportuno ripetere la misura tre volte ($t_1$, $t_2$ e $t_3$) e calcolare il valore medio, $\bar{t}$. • Il calo di potenziale $\Delta V$ nella resistenza $R$. Come il loro valore può variare leggermente durante il a $m$, è opportuno annotare i valori massimi e minimi osservati e prendere la media, $\overline{\Delta V}$, per ulteriori calcoli.

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Hang the needle shafts from the thread in succession so that the mass values $m$ are the The following information is provided in the first column of Table 1 of the reply sheet: For each $m$ value, measure and annotate in the appropriate column of Table I of Figure 5, at the end of the sentence: • The time it takes $m$ to descend to a height $h=1,00\text{m}$. It is advisable to repeat the measure three times ($t_1$, $t_2$ and $t_3$) and calculate the mean value, $\bar{t}$. • The potential drop $\Delta V$ in the resistance $R$. As its value may vary slightly during the decrease of $m$, it is appropriate to note the maximum and minimum values observed and take the average, $\overline{\Delta V}$, for further calculations.

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A partir de las medidas anteriores, calcule para cada $m$, y anote en las columnas correspondientes de la tabla II de la figura 6, la velocidad $v$ de la masa, la intensidad $I$ que circula por el circuito y la fem $ϵ$ del generador.

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A partire dalle misure precedenti, calcola per ogni $m$ e annotate le colonne corrispondenti della tabella di riferimento: tabella II di figura 6, velocità $v$ della massa, intensità $I$ che circola nel circuito e fem $ϵ$ del

• Generatore.

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From the above measurements, calculate for each $m$ and note in the corresponding columns of the Table II of Figure 6, mass speed $v$, power $I$ circulating through the circuit and fem $ϵ$ of the The generator.

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Aplicando (1), calcule en cada caso el valor de la constante $k$ del generador y anótelo en la última columna de la tabla 2. Calcule el valor medio de $k$ y haga una estimación de su incertidumbre (margen de error), $\Delta k$.

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Applicando (1), calcola in ogni caso il valore della costante $k$ del generatore e annotate l’ultima colonna della tabella 2. Calcolare il valore medio di $k$ e calcolare l’incertezza (margine di errore), $\Delta k$.

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Applying (1), calculate the value of the generator constant $k$ in each case and enter it in the last column of table 2. Calculate the mean value of $k$ and estimate its uncertainty (margin of error), $\Delta k$.

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Represente gráficamente en el papel milimetrado los puntos experimentales $(x,y)=(m,v)$.

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Rappresenta graficamente sui pezzi di carta millimetrica i punti sperimentali $(x,y)=(m,v)$.

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Graphically represent the experimental points $(x,y)=(m,v)$ on the millimeter paper.

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Ajuste estos puntos a una línea recta.

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Aggiusta questi punti in una linea retta.

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Adjust these points to a straight line.

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Deduzca de este ajuste los valores de las dos constantes características del generador³, $k$ y $m_0$.

1 En nuestro montaje la velocidad límite se alcanza al poco de soltar $m$, como es fácil comprobar experimentalmente. 2 La fuerza de rozamiento dinámica (cuando hay deslizamiento relativo) es inferior a la fuerza de rozamiento estática máxima (límite de equilibrio, sin deslizamiento). Por ello, en nuestro sistema, la masa que hay que colgar para que el generador empiece a girar partiendo del reposo puede ser apreciablemente superior a $m_0$. 3 Puede haber discrepancias del orden del 5% entre los valores de $k$ obtenidos en los apartados 3 y 6, debidas principalmente a la dispersión de los valores reales de $R+r$ en los diversos montajes experimentales. Para cálculos posteriores, es preferible tomar el valor de $k$ obtenido en el apartado 6. XIX OLIMPIADA ESPAÑOLA DE FÍSICA.

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6. Dedurre i valori delle due costanti caratteristiche del generatore³, $k$ e $m_0$.

1 Nel nostro montaggio la velocità limite viene raggiunta poco dopo aver rilasciato $m$, come è facile verificare sperimentalmente. 2 La forza di attrito dinamico (quando c’è scorrimento relativo) è minore della forza di attrito statico massimo (limite di equilibrio, senza scorrimento). Pertanto, nel nostro sistema la massa da appendere perché il generatore inizi a ruotare partendo dal riposo può essere significativamente maggiore di $m_0$. 3 Potrebbero esserci discrepanze dell’ordine del 5% tra i valori di $k$ ottenuti nei punti 3 e 6, dovute principalmente alla dispersione dei valori reali di $R+r$ nei vari montaggi sperimentali. Per i calcoli successivi, è preferibile utilizzare il valore di $k$ ottenuto nel punto 6. XIX OLIMPIADA SPAGNOLA DI FISICA.

6. Deduce from this adjustment the values of the two characteristic constants of the generator³, $k$ and $m_0$.

1 In our setup, the terminal velocity is reached shortly after releasing $m$, as can easily be verified experimentally. 2 The dynamic friction force (when there is relative sliding) is less than the maximum static friction force (limit of equilibrium, no slipping). Therefore, in our system, the mass that must be hung to make the generator start rotating from rest may be significantly higher than $m_0$. 3 There may be discrepancies of about 5% between the values of $k$ obtained in sections 3 and 6, mainly due to the spread in actual values of $R+r$ across different experimental setups. For subsequent calculations, it is preferable to use the value of $k$ obtained in section 6. XIX SPANISH OLYMPIAD IN PHYSICS.

Haga una estimación de las incertidumbres de estas dos constantes.

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Stima le incertezze di queste due costanti.

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Make an estimate of the uncertainties of these two constants.

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Deduzca la expresión analítica de la intensidad que circula por el circuito, $I$, en función de las constantes internas del generador ($k$ y $m_0$), y de los parámetros externos ($m$ y $R$). En particular, ¿cómo depende $I$ de $R$?

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Deduce l’espressione analitica dell’intensità che circola nel circuito, $I$, in funzione delle costanti le parti interne del generatore ($k$ e $m_0$), e dei parametri esterni ($m$ e $R$). In particolare, come $I$ dipende da $R$?

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Subtract the analytical expression of the circuit-circulating intensity, $I$, based on the constants internas del generador ($k$ y $m_0$), y de los parámetros externos ($m$ y $R$). In particular, how does $I$ depend on $R$?

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Mediante las medidas que considere oportunas, compruebe experimentalmente la dependencia prevista de $I$ con $R$. Explique detalladamente las medidas que ha realizado y preséntelas en la tabla III de la figura 7. Discuta los resultados. Sugerencia: trabaje con una masa suspendida fija, por ejemplo $m=23,2\text{g}$.

Tabla I

$m$ (g)	$t_1$ (s)	$t_2$ (s)	$t_3$ (s)	$\bar{t}$ (s)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)
17,5
23,2
29,1
34,8
40,7
46,4
52,3
58,0

Fig. 5

Tabla III

$R$ ($\Omega$)

Fig. 7

Tabla II

$m$ (g)	$v$ (m/s)	$I$ (A)	$ϵ$ (V)	$k$ (Vs/m)
17,5
23,2
29,1
34,8
40,7
46,4
52,3
58,0

Fig. 6

XIX OLIMPIADA ESPAÑOLA DE FÍSICA. Solución

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In base alle misure che ritiene opportune, verificare sperimentalmente la dipendenza prevista da $I$ con $R$. Esprimi in dettaglio le misure che hai adottato e presentale in tabella III di figura 7. Discutete dei risultati. Suggerimento: lavorare con una massa sospesa fissa, ad esempio $m=23,2\text{g}$.

Tabella I

$m$ (g)	$t_1$ (s)	$t_2$ (s)	$t_3$ (s)	$\bar{t}$ (s)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)
17,5
23,2
29,1
34,8
40,7
46,4
52,3
58,0

Fig. 5

Tabella III

$R$ ($\Omega$)

Fig. 7

Tabella II

$m$ (g)	$v$ (m/s)	$I$ (A)	$ϵ$ (V)	$k$ (Vs/m)
17,5
23,2
29,1
34,8
40,7
46,4
52,3
58,0

Fig. 6

XIX Olimpiada di Fisica spagnola. Soluzione

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By means of measures which it considers appropriate, it shall experimentally verify the expected dependence on the $I$ con $R$. Please explain in detail the measures you have taken and present them in Table III in Figure 7. Discuss the results. Suggestion: work with a fixed suspended mass, e.g. $m=23,2\text{g}$.

The following table is inserted:

$m$ (g)	$t_1$ (s)	$t_2$ (s)	$t_3$ (s)	$\bar{t}$ (s)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)
17,5
23,2
29,1
34,8
40,7
46,4
52,3
58,0

Fig. 5

The following table shows the following:

$R$ ($\Omega$)

Fig. 7

The following table shows the following:

$m$ (g)	$v$ (m/s)	$I$ (A)	$ϵ$ (V)	$k$ (Vs/m)
17,5
23,2
29,1
34,8
40,7
46,4
52,3
58,0

Fig. 6

19th Spanish Olympics in Physics. Solution

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Ejemplo de medidas reales:

Tabla I

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Esempio di misure reali:

Tabella I

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Example of actual measures:

The following table is inserted:

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Aplicando $v=h/t$, $I=\Delta V/R$ y $ϵ=(R+r)I$, se obtiene

Tabla II

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Applicando $v=h/t$, $I=\Delta V/R$ e $ϵ=(R+r)I$ si ottiene

Tabella II

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Aplicando $v=h/t$, $I=\Delta V/R$ y $ϵ=(R+r)I$, se obtiene

The following table shows the following:

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En la última columna de la tabla anterior se presentan los valores de la constante $k=ϵ/v$ obtenidos en cada caso. El valor medio es

$\bar{k}=4,71\text{Vs/m}$

Una estimación razonable para la incertidumbre de esta constante, obtenida como promedio de $n=8$ determinaciones, es su error típico⁴

$\Delta k={\left[\frac{\sum (\bar{k}-k_i{)}^2}{n(n-1)}\right]}^{1/2}$

Se obtiene

$\Delta k=0,04\text{Vs/m}$

4 Si se toma como incertidumbre el error típico, el nivel de confianza es inferior al 65% pues se han realizado menos de 10 medidas. Para aumentar este nivel al 95% habría que duplicar con creces este margen de error. Sin necesidad de buscar en unas tablas de error, un resultado razonable con aproximadamente el 95% de confianza sería $k=(4,7\pm 0,1)\text{Vs/m}$.

$m$ (g)	$t_1$ (s)	$t_2$ (s)	$t_3$ (s)	$\bar{t}$ (s)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)
17,5	14,40	14,37	14,44	14,40	0,15	0,15	0,15
23,2	8,72	8,75	8,72	8,73	0,25	0,23	0,24
29,1	6,90	6,40	6,50	6,60	0,34	0,32	0,33
34,8	5,37	5,34	5,28	5,33	0,42	0,39	0,405
40,7	4,56	4,29	4,53	4,46	0,52	0,49	0,505
46,4	3,84	3,62	3,69	3,72	0,59	0,57	0,58
52,3	3,22	3,28	3,28	3,26	0,68	0,66	0,67
58,0	2,82	2,88	2,78	2,83	0,75	0,73	0,74

$m$ (g)	$v$ (m/s)	$I$ (A)	$ϵ$ (V)	$k$ (Vs/m)
17,5	0,0694	0,020	0,33	4,76
23,2	0,115	0,032	0,52	4,54
29,1	0,152	0,044	0,72	4,75
34,8	0,188	0,054	0,89	4,74
40,7	0,224	0,067	1,09	4,86
46,4	0,269	0,077	1,26	4,68
52,3	0,307	0,089	1,46	4,76
58,0	0,354	0,099	1,61	4,55

XIX OLIMPIADA ESPAÑOLA DE FÍSICA.

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L’ultima colonna della tabella precedente presenta i valori della costante $k=ϵ/v$ ottenuti in ogni caso. Il valore medio è

$\bar{k}=4,71\text{Vs/m}$

Una ragionevole stima dell’incertezza di questa costante, ottenuta come media di $n=8$ La determinazione è il suo errore tipico4

$\Delta k={\left[\frac{\sum (\bar{k}-k_i{)}^2}{n(n-1)}\right]}^{1/2}$

Si ottiene

$\Delta k=0,04\text{Vs/m}$

4 Se si prende come incertezza l’errore tipico, il livello di fiducia è inferiore al 65% perché meno di 10 misure. Per aumentare questo livello al 95%, si dovrebbe raddoppiare di gran lunga questo margine di errore. Senza bisogno di cercare in se si tratta di tabelle di errore, un risultato ragionevole con circa il 95% di fiducia sarebbe $k=(4,7\pm 0,1)\text{Vs/m}$.

$m$ (g)	$t_1$ (s)	$t_2$ (s)	$t_3$ (s)	$\bar{t}$ (s)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)
17,5	14,40	14,37	14,44	14,40	0,15	0,15	0,15
23,2	8,72	8,75	8,72	8,73	0,25	0,23	0,24
29,1	6,90	6,40	6,50	6,60	0,34	0,32	0,33
34,8	5,37	5,34	5,28	5,33	0,42	0,39	0,405
40,7	4,56	4,29	4,53	4,46	0,52	0,49	0,505
46,4	3,84	3,62	3,69	3,72	0,59	0,57	0,58
52,3	3,22	3,28	3,28	3,26	0,68	0,66	0,67
58,0	2,82	2,88	2,78	2,83	0,75	0,73	0,74

$m$ (g)	$v$ (m/s)	$I$ (A)	$ϵ$ (V)	$k$ (Vs/m)
17,5	0,0694	0,020	0,33	4,76
23,2	0,115	0,032	0,52	4,54
29,1	0,152	0,044	0,72	4,75
34,8	0,188	0,054	0,89	4,74
40,7	0,224	0,067	1,09	4,86
46,4	0,269	0,077	1,26	4,68
52,3	0,307	0,089	1,46	4,76
58,0	0,354	0,099	1,61	4,55

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3. In the last column of the previous table, the values of constant $k=ϵ/v$ obtained in each case are presented. The mean value is

$\bar{k}=4,71\text{Vs/m}$

A reasonable estimate for the uncertainty of this constant, obtained as the average of $n=8$ measurements, is its standard error⁴

$\Delta k={\left[\frac{\sum (\bar{k}-k_i{)}^2}{n(n-1)}\right]}^{1/2}$

It yields

$\Delta k=0,04\text{Vs/m}$

4 If the standard error is taken as uncertainty, the confidence level is less than 65% because fewer than 10 measurements were made. To increase this level to 95%, the error margin would have to be more than doubled. Without needing to consult a table of errors, a reasonable result with approximately 95% confidence would be $k=(4,7\pm 0,1)\text{Vs/m}$.

$m$ (g)	$t_1$ (s)	$t_2$ (s)	$t_3$ (s)	$\bar{t}$ (s)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)
17.5	14.40	14.37	14.44	14.40	0.15	0.15	0.15
23.2	8.72	8.75	8.72	8.73	0.25	0.23	0.24
29.1	6.90	6.40	6.50	6.60	0.34	0.32	0.33
34.8	5.37	5.34	5.28	5.33	0.42	0.39	0.405
40.7	4.56	4.29	4.53	4.46	0.52	0.49	0.505
46.4	3.84	3.62	3.69	3.72	0.59	0.57	0.58
52.3	3.22	3.28	3.28	3.26	0.68	0.66	0.67
58.0	2.82	2.88	2.78	2.83	0.75	0.73	0.74

$m$ (g)	$v$ (m/s)	$I$ (A)	$ϵ$ (V)	$k$ (Vs/m)
17.5	0.0694	0.020	0.33	4.76
23.2	0.115	0.032	0.52	4.54
29.1	0.152	0.044	0.72	4.75
34.8	0.188	0.054	0.89	4.74
40.7	0.224	0.067	1.09	4.86
46.4	0.269	0.077	1.26	4.68
52.3	0.307	0.089	1.46	4.76
58.0	0.354	0.099	1.61	4.55

XIX OLIMPIADA ESPAÑOLA DE FÍSICA.

Se presenta la gráfica pedida, con un aspecto similar al que tendría dibujada en papel milimetrado.

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Si presenta il grafico richiesto, con un aspetto simile a quello che avrebbe disegnato su carta millimetrica.

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The graphic ordered is presented, with a similar appearance to what it would have been drawn on millimeter paper.

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Experimental Data Analysis, Physical Modeling Competenze: Graph Linearization, Experimental Data Analysis, Diagrammatic Reasoning Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

En la gráfica anterior también se ha trazado la recta que más aproximadamente pasa por los puntos experimentales. La pendiente y la ordenada en el origen pueden calcularse con buena precisión a partir de dos puntos alejados de esta recta. Pueden tomarse, por ejemplo, los puntos extremos de dicha recta, de coordenadas

$(x_1;y_1)=(0,0;-0,050),(x_2;y_2)=(60,0;0,362)$

Por tanto, la pendiente, $p$, y la ordenada en el origen, $c$, de la recta son⁵

$p=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=\frac{0,412\text{m/s}}{60,0\text{g}}\Rightarrow p=6,87{\text{m s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$

$c=y_1\Rightarrow c=-0,050\text{m/s}$

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Il grafico precedente ha anche tracciato la retta che più approssimativamente passa attraverso i punti

• Esperienti. La pendice e la pendice di origine possono essere calcolate con buona precisione a partire da due punti distanti da questa retta. Si possono prendere, ad esempio, gli estremi di tale retta, coordinate

$(x_1;y_1)=(0,0;-0,050),(x_2;y_2)=(60,0;0,362)$

La pendice $p$ e la pendice ordinata all’origine $c$ della retta sono quindi5

$p=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=\frac{0,412\text{m/s}}{60,0\text{g}}\Rightarrow p=6,87{\text{m s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$

$c=y_1\Rightarrow c=-0,050\text{m/s}$

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Graph Linearization, Experimental Data Analysis Competenze: Graph Linearization, Curve Fitting, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

In the previous graph, the line that passes through the points is also drawn. The experimental ones. The slope and the order at the origin can be calculated with good precision from two points away from this straight line. The end points of this line can be taken, for example, from the Coordinates

$(x_1;y_1)=(0,0;-0,050),(x_2;y_2)=(60,0;0,362)$

Therefore, the slope $p$ and the slope at the origin, $c$, of the straight line are5

$p=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}=\frac{0,412\text{m/s}}{60,0\text{g}}\Rightarrow p=6,87{\text{m s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$

$c=y_1\Rightarrow c=-0,050\text{m/s}$

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Graph Linearization, Experimental Data Analysis Competenze: Graph Linearization, Curve Fitting, Mathematical Modeling Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

Según la ecuación (2) del enunciado, la pendiente y la ordenada en el origen de la gráfica anterior son, respectivamente,

$p=\frac{g(R+r)}{k^2},c=-p{m}_0$

Por tanto, las constantes $k$ y $m_0$ del generador pueden deducirse en la forma

$k={\left(\frac{g(R+r)}{p}\right)}^{1/2},m_0=-\frac{c}{p}(3)$

Se obtiene

5 Aplicando el método de mínimos cuadrados se obtiene $p=6,866{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$ y $c=-0,0496\text{m/s}$.

XIX OLIMPIADA ESPAÑOLA DE FÍSICA.

$k=4,82\text{Vs/m},m_0=7,3\text{g}$

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits, Newtonian Mechanics Metodi: Graph Linearization, Physical Modeling, Experimental Data Analysis Competenze: Graph Linearization, Mathematical Modeling, Experimental Data Analysis Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

Secondo l’equazione (2) della frase, la pendice e la pendice ordinate all’origine del grafico precedente sono: rispettivamente,

$p=\frac{g(R+r)}{k^2},c=-p{m}_0$

Le costanti $k$ e $m_0$ del generatore possono quindi essere dedotte in

$k={\left(\frac{g(R+r)}{p}\right)}^{1/2},m_0=-\frac{c}{p}(3)$

Si ottiene

5 Applicando il metodo dei minimi quadrati si ottiene $p=6,866{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$ e $c=-0,0496\text{m/s}$.

XIX Olimpiada di Fisica spagnola.

$k=4,82\text{Vs/m},m_0=7,3\text{g}$

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits, Newtonian Mechanics Metodi: Graph Linearization, Physical Modeling, Experimental Data Analysis Competenze: Graph Linearization, Mathematical Modeling, Experimental Data Analysis Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

According to the statement equation (2), the slope and the order at the origin of the above graph are: respectively,

$p=\frac{g(R+r)}{k^2},c=-p{m}_0$

Therefore, the $k$ and $m_0$ generating constants can be deduced as

$k={\left(\frac{g(R+r)}{p}\right)}^{1/2},m_0=-\frac{c}{p}(3)$

You get it

5 Using the least squares method, $p=6,866{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$ and $c=-0,0496\text{m/s}$ are obtained.

19th Spanish Olympics in Physics.

$k=4,82\text{Vs/m},m_0=7,3\text{g}$

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits, Newtonian Mechanics Metodi: Graph Linearization, Physical Modeling, Experimental Data Analysis Competenze: Graph Linearization, Mathematical Modeling, Experimental Data Analysis Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.6

Las incertidumbres de la pendiente y de la ordenada en el origen de la gráfica $v(m)$ pueden estimarse trazando las rectas que con pendientes máxima y mínima se ajustan razonablemente a los puntos experimentales, dentro de su margen de incertidumbre. En nuestro caso, la dispersión de los puntos experimentales respecto a la recta óptima es pequeña, del orden del radio de los puntos dibujados. Teniendo en cuenta, además, que ambas rectas deben pasar por el punto promedio de los experimentales, $(\bar{m},\bar{v})$, en la siguiente gráfica se presenta una estimación razonable de estas rectas.

Observando sobre la gráfica las coordenadas de los dos puntos extremos de cada una de estas dos rectas, como en el apartado 5, se obtienen sus pendientes y sus ordenadas en el origen

$p_{\text{max}}=\frac{(0,365+0,055)\text{m/s}}{60,0\text{g}}=7,00{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},c_{\text{min}}=-0,055\text{m/s}$

$p_{\text{min}}=\frac{(0,359+0,045)\text{m/s}}{60,0\text{g}}=6,73{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},c_{\text{max}}=-0,045\text{m/s}$

Por tanto, una estimación de las incertidumbres de $p$ y $c$ podría ser⁶

$\Delta p=0,13{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},\Delta c=0,005\text{m/s}$

Los correspondientes valores máximo y mínimo de las constantes $k$ y $m_0$ se obtienen aplicando (3) con los valores de $p$ y $c$ ajustados para cada una de estas dos rectas

6 Un cálculo estadístico conduce a que los errores típicos de $p$ y $c$ son, respectivamente, $0,11{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$ y $0,004\text{m/s}$.

XIX OLIMPIADA ESPAÑOLA DE FÍSICA.

$k_{\text{max}}={\left(\frac{g(R+r)}{p_{\text{min}}}\right)}^{1/2}=4,87\text{Vs/m},m_{0,\text{max}}=-\frac{c_{\text{min}}}{p_{\text{max}}}=7,9\text{g}$

$k_{\text{min}}={\left(\frac{g(R+r)}{p_{\text{max}}}\right)}^{1/2}=4,78\text{Vs/m},m_{0,\text{min}}=-\frac{c_{\text{max}}}{p_{\text{min}}}=6,7\text{g}$

Los valores máximo y mínimo estimados para $m_0$ también pueden leerse directamente en la gráfica anterior, pues, teniendo en cuenta la ecuación (2) del enunciado, corresponden a las intersecciones de las dos rectas con la ordenada $v=0$.

En total, los resultados para $k$ y $m_0$, incluyendo una estimación de sus incertidumbres, serían

$k=(4,82\pm 0,05)\text{Vs/m}$

$m_0=(7,3\pm 0,6)\text{g}$

Nótese que las incertidumbres relativas de $k$ y $m_0$, son del orden del 1% y del 8%, respectivamente, por lo que la principal fuente de error para cálculos posteriores es la incertidumbre de $m_0$.

Topic: Electromagnetic Induction, Circuits Metodi: Error Propagation, Graph Linearization, Experimental Data Analysis Competenze: Error Propagation, Estimation & Approximation, Graph Linearization Objects: — Fonte: Testo (PDF) — p.7

Le incertezze della pendenza e dell’intercetta all’origine del grafico $v(m)$ possono essere stimati tracciando le rette con pendenza massima e minima che si adattano ragionevolmente ai punti sperimentali, entro il loro margine di incertezza. Nel nostro caso, la dispersione dei punti sperimentali rispetto alla retta ottimale è piccola, dell’ordine del raggio dei punti disegnati. Tenendo inoltre conto che entrambe le rette devono passare per il punto medio dei dati sperimentali, $(\bar{m},\bar{v})$, nella seguente figura è mostrata una stima ragionevole di queste rette.

Osservando sul grafico le coordinate dei due punti estremi di ciascuna delle due rette, come nell’articolo 5, si ottengono le rispettive pendenze e intercette all’origine:

$p_{\text{max}}=\frac{(0,365+0,055)\text{m/s}}{60,0\text{g}}=7,00{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},c_{\text{min}}=-0,055\text{m/s}$

$p_{\text{min}}=\frac{(0,359+0,045)\text{m/s}}{60,0\text{g}}=6,73{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},c_{\text{max}}=-0,045\text{m/s}$

Pertanto, una stima delle incertezze di $p$ e $c$ potrebbe essere⁶

$\Delta p=0,13{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},\Delta c=0,005\text{m/s}$

I valori massimo e minimo delle costanti $k$ e $m_0$ si ottengono applicando (3) con i valori di $p$ e $c$ corrispondenti a ciascuna di queste due rette.

6 Un calcolo statistico conduce al fatto che gli errori quadratici medi di $p$ e $c$ sono rispettivamente $0,11{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$ e $0,004\text{m/s}$.

XIX OLIMPIADA SPAGNOLA DI FISICA.

$k_{\text{max}}={\left(\frac{g(R+r)}{p_{\text{min}}}\right)}^{1/2}=4,87\text{Vs/m},m_{0,\text{max}}=-\frac{c_{\text{min}}}{p_{\text{max}}}=7,9\text{g}$

$k_{\text{min}}={\left(\frac{g(R+r)}{p_{\text{max}}}\right)}^{1/2}=4,78\text{Vs/m},m_{0,\text{min}}=-\frac{c_{\text{max}}}{p_{\text{min}}}=6,7\text{g}$

I valori massimo e minimo stimati per $m_0$ possono anche essere letti direttamente dal grafico precedente, poiché, tenendo conto dell’equazione (2) del testo, corrispondono alle intersezioni delle due rette con l’ordinata $v=0$.

In totale, i risultati per $k$ e $m_0$, compresa una stima delle rispettive incertezze, sarebbero

$k=(4,82\pm 0,05)\text{Vs/m}$

$m_0=(7,3\pm 0,6)\text{g}$

Si osservi che le incertezze relative di $k$ e $m_0$ sono dell’ordine del 1% e dell’8%, rispettivamente, per cui la principale fonte di errore per i calcoli successivi è l’incertezza di $m_0$.

The uncertainties in the slope and y-intercept of the graph $v(m)$ may be estimated by drawing two lines with maximum and minimum reasonable slopes that fit the experimental points within their uncertainty range. In our case, the dispersion of the experimental points around the optimal line is small, on the order of the radius of the plotted points.

Additionally, since both lines must pass through the average experimental point $(\bar{m},\bar{v})$, a reasonable estimation of these two lines is presented in the following graph.

By observing on the graph the coordinates of the two extreme points of each of these two lines, as in part 5, their slopes and y-intercepts are obtained:

$p_{\text{max}}=\frac{(0,365+0,055)\text{m/s}}{60,0\text{g}}=7,00{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},c_{\text{min}}=-0,055\text{m/s}$

$p_{\text{min}}=\frac{(0,359+0,045)\text{m/s}}{60,0\text{g}}=6,73{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},c_{\text{max}}=-0,045\text{m/s}$

Therefore, a reasonable estimate of the uncertainties in $p$ and $c$ could be

$\Delta p=0,13{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1},\Delta c=0,005\text{m/s}$

The corresponding maximum and minimum values of the constants $k$ and $m_0$ are obtained by applying (3) with the values of $p$ and $c$ adjusted for each of these two lines.

6 A statistical calculation yields that the standard errors of $p$ and $c$ are, respectively, $0,11{\text{m⋅s}}^{-1}{\text{kg}}^{-1}$ and $0,004\text{m/s}$.

XIX ESPANISH PHYSICS OLYMPIAD

$k_{\text{max}}={\left(\frac{g(R+r)}{p_{\text{min}}}\right)}^{1/2}=4,87\text{Vs/m},m_{0,\text{max}}=-\frac{c_{\text{min}}}{p_{\text{max}}}=7,9\text{g}$

$k_{\text{min}}={\left(\frac{g(R+r)}{p_{\text{max}}}\right)}^{1/2}=4,78\text{Vs/m},m_{0,\text{min}}=-\frac{c_{\text{max}}}{p_{\text{min}}}=6,7\text{g}$

The estimated maximum and minimum values for $m_0$ may also be read directly from the previous graph, since, taking into account equation (2) in the statement, they correspond to the intersections of the two lines with the y-axis $v=0$.

In total, the results for $k$ and $m_0$, including an estimate of their uncertainties, would be

$k=(4,82\pm 0,05)\text{Vs/m}$

$m_0=(7,3\pm 0,6)\text{g}$

Note that the relative uncertainties of $k$ and $m_0$ are on the order of 1% and 8%, respectively, so the main source of error for subsequent calculations is the uncertainty in $m_0$.

La intensidad que circula en régimen estacionario por el circuito es, teniendo en cuenta la ley de Ohm y las ecuaciones (1) y (2) del enunciado

$I=\frac{ϵ}{R+r}=\frac{kv}{R+r}=\frac{k}{R+r}\frac{g(R+r)}{k^2}(m-m_0)$

Simplificando, queda

$I=\frac{(m-m_0)g}{k}(4)$

Esta corriente no depende de la resistencia del circuito. Por ello, tal y como indica el título de esta prueba experimental, el sistema opera como un generador de corriente. Nótese que la constante $k$ del generador describe la relación entre el peso motor efectivo y la intensidad que suministra el generador, por lo que en el SI las unidades de $k$ podrían expresarse como N/A.

Topic: Circuits, Electromagnetic Induction, Newtonian Mechanics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Physical Modeling, Conservation Laws Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor Fonte: Testo (PDF) — p.8

L’intensità che circola in modo stazionario sul circuito è, tenendo conto della legge di Ohm e Le due parti sono state presentate in un’unica versione:

$I=\frac{ϵ}{R+r}=\frac{kv}{R+r}=\frac{k}{R+r}\frac{g(R+r)}{k^2}(m-m_0)$

In semplicità, resta

$I=\frac{(m-m_0)g}{k}(4)$

Questo corrente non dipende dalla resistenza del circuito. Pertanto, come indica il titolo di questa prova sperimentare, il sistema funziona come un generatore di corrente. Nota che la costante $k$ del generatore descrive il rapporto tra il peso motore effettivo e l’intensità fornita dal generatore, il SI le unità di $k$ potrebbero essere espresse come N/A.

Topic: Circuits, Electromagnetic Induction, Newtonian Mechanics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Physical Modeling, Conservation Laws Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor Fonte: Testo (PDF) — p.8

The intensity circulating in stationary mode over the circuit is, taking into account Ohm’s law and the equations (1) and (2) of the statement

$I=\frac{ϵ}{R+r}=\frac{kv}{R+r}=\frac{k}{R+r}\frac{g(R+r)}{k^2}(m-m_0)$

Simply put, it remains

$I=\frac{(m-m_0)g}{k}(4)$

This current does not depend on the resistance of the circuit. Therefore, as the title of this test indicates, Experimental, the system operates like a power generator. Note that the generator constant $k$ It describes the relationship between the actual engine weight and the power supplied by the generator, so that in the SI units of $k$ could be expressed as N/A.

Topic: Circuits, Electromagnetic Induction, Newtonian Mechanics Metodi: Kirchhoff’s Laws, Physical Modeling, Conservation Laws Competenze: Mathematical Modeling, Physical Reasoning, Diagrammatic Reasoning Objects: Resistor Fonte: Testo (PDF) — p.8

En particular, para $m=23,2\text{g}$ la ecuación (4) prevé una corriente

$I=32,4\text{mA}$

Propagando las incertidumbres de $k$ y $m_0$ obtenidas en el apartado 7, se obtiene una incertidumbre para esta corriente

$\Delta I=1,2\text{mA}.$

Como se dispone de dos resistencias de 15 $\Omega$, puede trabajarse experimentalmente con tres valores de la resistencia de carga del generador: $R_1=7,5\Omega$ si se conectan en paralelo, $R_2=15\Omega$ si se conecta una sola resistencia y $R_3=30\Omega$ si se conectan en serie. En la tabla III se presentan medidas de la caída de potencial $\Delta V$ en cada caso y de la intensidad deducida como $I=\Delta V/R$. También podría medirse directamente la intensidad usando el multímetro como amperímetro, conectado en serie con la resistencia y el generador.

El acuerdo entre las previsiones del modelo y los resultados experimentales es correcto, dentro del margen de incertidumbre estimado.

$R$ ($\Omega$)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)	$I$ (mA)
7,5	0,25	0,23	0,24	32
15	0,52	0,48	0,50	33
30	1,01	0,97	0,99	33

Tabla III

Topic: Circuits, Electromagnetic Induction Metodi: Experimental Data Analysis, Kirchhoff’s Laws, Error Propagation Competenze: Measurement & Instrumentation, Experimental Data Analysis, Error Propagation Objects: Resistor Fonte: Testo (PDF) — p.8

In particolare, per $m=23,2\text{g}$ l’equazione (4) prevede un valore di corrente

$I=32,4\text{mA}$

Propagando le incertezze di $k$ e $m_0$ ottenute al punto 7, si ottiene un’incertezza per questa corrente

$\Delta I=1,2\text{mA}.$

Poiché si dispone di due resistenze da 15 $\Omega$, è possibile lavorare sperimentalmente con tre valori della resistenza di carico del generatore: $R_1=7,5\Omega$ se collegate in parallelo, $R_2=15\Omega$ se ne è collegata una sola e $R_3=30\Omega$ se collegate in serie. Nella tabella III sono riportate le misure della caduta di potenziale $\Delta V$ in ciascun caso e dell’intensità dedotta come $I=\Delta V/R$. Si potrebbe anche misurare direttamente l’intensità usando il multimetro come amperometro, collegato in serie con la resistenza e il generatore.

Il concordanza tra le previsioni del modello e i risultati sperimentali è soddisfacente, entro il margine di incertezza stimato.

$R$ ($\Omega$)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)	$I$ (mA)
7,5	0,25	0,23	0,24	32
15	0,52	0,48	0,50	33
30	1,01	0,97	0,99	33

Tabella III

In particular, for $m=23,2\text{g}$ the equation (4) provides a current

$I=32,4\text{mA}$

The uncertainty of $k$ and $m_0$ obtained in paragraph 7 is spread to This current

$\Delta I=1,2\text{mA}.$

Since two resistors of 15 $\Omega$ are available, three values of the Generator load resistance: $R_1=7,5\Omega$ if connected in parallel, $R_2=15\Omega$ if connected in single resistance and $R_3=30\Omega$ if connected in series. Table III shows the measures of the fall in the potencial $\Delta V$ en cada caso y de la intensidad deducida como $I=\Delta V/R$. It could also be measured directly the intensity using the multi-meter as ampere, connected in series with resistance and the generator.

The agreement between the forecasts of the model and results The experimental is correct, within the the estimated margin of uncertainty.

$R$ ($\Omega$)	$\Delta V_{\text{max}}$ (V)	$\Delta V_{\text{min}}$ (V)	$\overline{\Delta V}$ (V)	$I$ (mA)
7,5	0,25	0,23	0,24	32
15	0,52	0,48	0,50	33
30	1,01	0,97	0,99	33

The following table shows the following:

Topic: Circuits, Electromagnetic Induction Metodi: Experimental Data Analysis, Kirchhoff’s Laws, Error Propagation Competenze: Measurement & Instrumentation, Experimental Data Analysis, Error Propagation Objects: Resistor Fonte: Testo (PDF) — p.8