Порядок виконання роботи

Вивчити конструкцію та технічні характеристики пропонованих вимірювальних приладів.

Виміряти лінійні розміри пропонованих тіл.

Вказати похибки отриманих вимірів.

Похибки прямих вимірювань.

Прямим (безпосереднім) називають вимірювання фізичних величин для яких створені еталони та вимірювальні прилади.

При прямих вимірюваннях точність виміру не перевищує точності використовуваного вимірювального приладу. За точністю вимірювальні прилади поділяють на 10 класів: 0,01; 0,02; 0,05; 0,1; 0,2; 0,5; 1,0; 1,5; 2,5; 4. Клас точності приладу – це допустима відносна похибка (у відсотках) від межі вимірювання. Якщо про це не сказано спеціально, похибка прямого виміру дорівнює ціні поділки шкали (ноніуса) вимірювального приладу.

Як правило, абсолютну похибку записують однією значущою цифрою. Значущі цифри результату повинні закінчуватись у тому ж розряді десяткового числа, в якому лежить значуща цифра похибки. Виконується один варіант, який визначає викладач:

Вимірювання діаметра монет виконати штангенциркулем з точністю 0,05 мм

Контрольні запитання та завдання

1. Назвати одиниці вимірювання довжин.

2. Назвати прилади для вимірювання довжин.

3. Яка будова штангенциркуля?

4. Яка ціна поділки основної шкали штангенциркуля та мікрометра?

5. Яка будова і призначення ноніусної шкали?

6. В чому суть методу збігів?

7. Якою може бути довжина ноніусної шкали?

8. Який зв’язок між точністю ноніусної шкали і кількістю її поділок?

9. Яка будова мікрометра?

10. Яка ціна поділки шкали барабана?

11. Яка основна одиниця довжини міжнародної системи і її означення?

Визначення маси тіла методом зважування

Мета роботи: вивчити види терезів, засвоїти методику зважування на аналітичних терезах, навчитися зважувати тіла.

Прилади й матеріали: технічні терези; аналітичні терези; комплекти важків; тіла невідомої маси.

Завдання:

1. Готуючись до лабораторної роботи, докладно опрацюйте літературу і теоретичні відомості до лабораторної роботи.

2. Вивчити будову найпростіших аналітичних терезів і засвоїти методику зважування на них.

3. Провести зважування декількох монет із заданою точністю.

Теоретичні відомості та опис приладів

Вимірювання маси є найбільш поширеним видом вимірювань, оскільки вони виконуються практично в усіх галузях науки, техніки і народного господарства.

Лабораторні терези поділяються на два види: важільні і пружинні. Серед важільних терезів розрізняють технічні, аналітичні та терези найвищої точності (метрологічні) і зразкові. Останні використовуються відповідно для звіряння еталонів – копій та робочих еталонів для перевірки зразкових і робочих гир.

Серед пружинних терезів розрізняють: крутильні (навантаження урівноважується обертаючим моментом нитки) і торсійні ( навантаження урівноважується обертаючим моментом плоскої спіральної пружини).

У практиці лабораторій найбільш поширені технічні терези другого класу Т-200 та технічні терези першого класу ТІ-1.

Рис. 1 Рис. 2

Основною робочою частиною терезів Т-200 є стальне рівноплече коромисло 1, на кінці якого за допомогою двох серг 2 і стремен підвішені шальки терезів 3 (рис.1). Посередині коромисла закріплена довга стрілка 6. Коромисло має три тригранні призми: центральною призмою воно спирається на подушку в штоку аретира, який міститься всередині колонки 7, встановленої на станині 4; 5- рукоятка аретира. Аретир – пристрій, який зупиняє коливання терезів, а також вивільняє призми від навантаження, щоб запобігти пошкодженням відповідальних частин під час транспортування та тоді, коли на терезах не виконують зважування. Щоб привести терези в робочий стан, рукояткою 5 відкривають аретир.

Терези – точний вимірювальний прилад. Вони потребують особливо суворого дотримання правил експлуатації.

Перед початком зважування терези встановлюють за виском і перевіряють правильність їхньої роботи (однаковість відхилення вправо і вліво стрілки вільних, не навантажених терезів). Якщо вони працюють неправильно, вдаються до корекції (перевіряють складання, опору серг на призми, чистоту призм і гнізд для них тощо).

Предмет, який зважують, для зручності вміщують на ліву шальку терезів, а важки – на праву. Гарячі, сильно охолоджені і мокрі предмети зважувати не рекомендується.

Класти важки на шальки терезів і знімати їх потрібно пінцетом при закритому аретирі. Спочатку кладуть велику гирку, яка є найбільш близькою до маси зважуваного предмета, потім, послідовно замінюючи або додаючи менші гирки, досягають рівноваги терезів. Аретир повертають рівномірно і повільно.

Кожні терези розраховані на певне, гранично допустиме навантаження, яке зазначається на терезах.

У практиці лабораторій використовують також технічні терези першого класу ВЛТ-1 з граничним навантаженням 1 кг (рис.2). Терези вміщено в засклену вітрину з трьома дверцятами. Вони мають пристрій 1 для накладання міліграмових гир (від 0,01 до 0,99 г). Важки мають форму дротяних кілець. Їх накладають (або знімають) поворотом лімба 2, який містить написи цифр і покажчик маси важків. Лімб повертається при закритому аретирі 3 і при закритих дверцях вітрини, що прискорює і полегшує зважування. Зважування прискорюється також тому, що коливання стрілки коромисла затухають під гальмуючою дією лопатки стрілки, вміщену в масляну ванну.

Правила зважування на терезах ТІ-1 аналогічні.

У практиці точного зважування важливим компонентом є гирі. Гирі – це тіла певної маси і встановленої форми, які призначені для зважування (вимірювання невідомої маси) на терезах. Гирі поділяються на еталонні, зразкові та робочі. За еталон маси взято платино-іридієвий прототип кілограма № 12. Зразкові гирі призначені для перевірних робіт, а робочі – для практичних зважувань.

Щоб гирі менше зазнавали корозії, їхня поверхня повинна бути мінімальною (в ідеальному випадку формою гирі має бути сфера). Проте з причин технологічного характеру та інших зразковим і робочим гирям масою від 1 г до 2  кг надано форми циліндра з головкою (розміри гир відповідають правилам , де - діаметр циліндра гирі, – його висота, - загальна висота гирі).

Для забезпечення стабільності маси гир їх виготовляють з корозійностійких і немагнітних матеріалів.

Т очне лабораторне (практичне) зважування реалізується на двошалькових аналітичних терезах з рівноплечим трипризмовим коромислом (рис.3). Вони складаються з рівноплечого коромисла 12, трубчастої колонки 6 та шальок 7. Ребром середньої опорної призми коромисло спирається на агатову подушку колонки. До крайніх вантажопідйомних призм, скріплених коромислом, підвішені серги 2 з шальками. Ребра всіх трьох призм паралельні, поверхні дотику відполіровані. Для відліку коливань призначено стрілку 11, кінець якої переміщується паралельно шкалі 10. Колонка закріплена на опорній дошці з гвинтовими ніжками 8 для горизонтального встановлення терезів за виском. Зупинку коливань і відокремлення призм від подушок у неробочому стані здійснюють аретиром, рукоятка 9 якого розміщена під вітриною 1 терезів. Остання захищає терези від пилу, вологи, потоків повітря та нагрівання. На верхній частині коромисла нанесено рейтерну шкалу 4. Щоб не виготовляти важків масою менших за 10 мг, бо це становить велику незручність через їх малий розмір, користуються так званим рейтером. Рейтер — це дротяний важок з петелькою зверху, маса якого дорівнює 10 мг. Рейтер навішується на коромисло за допомогою спеціального пристрою, що складається з гачка 3, скріпленого з стержнем 5 на рухомій у горизонтальному напрямі штанзі і виведеного на бічну сторону вітрини. Звичайно, плечі коромисла від середини його поділяються на 10 рівних частин. У цьому випадку рейтер покладений на 10-у поділку, дає навантаження в 10 мг, а покладений на 1-у, 2-у, 3-у і т.д. поділку – відповідне навантаження в 1, 2, 3 і т.д. міліграмів. Отже, навантаження терезів з допомогою рейтера визначають за поділкою шкали коромисла, напроти якої розміщується рейтер.

Теорію важільних терезів вперше розробив Л. Ейлер у 1783 р. За теорією Ейлера відхилення коромисла терезів під дією навантаження Р описується формулою

, (1)

де – кут відхилення коромисла терезів; – довжина плеча коромисла; – відстань від точки опори до центра мас коромисла; – вага коромисла.

При цьому припускають, що точка опори і точка підвісу шальок лежать на одній лінії.

Д.І. Менделєєв показав, що рівняння (1) справджується тільки для ідеального коромисла, яке абсолютно не деформується і маса якого не залежить від довжини.

При описанні терезів у фізичних практикумах обмежуються розглядом стійкості та чутливості терезів. Під стійкістю терезів розуміють здатність коромисла, виведеного з стану рівноваги, знову повертатись у початковий стан. При повторних зважуваннях тіла сталої маси терези мають давати однакові значення. Для забезпечення стійкої рівноваги центр маси коромисла терезів повинен бути нижче від його точки опори. Положення центра маси можна змінювати балансирною гайкою, розміщеною на стрілці.

Чутливість терезів характеризується відношенням кутового або лінійного переміщення покажчика рівноваги (стрілки) до маси навантаження ( , де – кут відхилення стрілки при вміщенні на шальку терезів тіла масою ). Чутливість важільних терезів залежить від навантаження, маси коромисла, довжини плеча і стрілки, взаємного розміщення вершин призм і центра мас коромисла, радіусів заокруглення вершин призм, жорсткості коромисла, пружних сил, які виникають в місці контакту призм і подушок.

На практиці для характеристики чутливості терезів з шкалами користуються оберненою величиною, тобто масою тіла, яка зумовлює переміщення стрілки на одну поділку. Ця величина є ціною поділки.

Важливими характеристиками терезів є точність і правильність. Під точністю розуміють розбіжність мас при повторних зважуваннях предмета. Точність аналітичних терезів дорівнює 0,0002 г. Під правильністю розуміють розбіжність між результатами зважувань та істинною масою тіла.