ВСТУП

Фізика – експериментальна наука, яка вивчає будову, властивості та взаємодію матеріальних тіл і полів за допомогою експериментальних методів. Основна мета цієї науки – відкрити та пояснити закони природи, якими визначаються всі фізичні явища. В основі цієї науки лежать дослідні факти. Самі закони формулюються у вигляді кількісних співвідношень між фізичними величинами, які спостерігаються дослідним шляхом.

Мовою фізики є математика. Саме тому всі закони фізики мають математичну форму запису. Останнє дозволяє не тільки надати їм більш оптимальну порівняно з мовною форму, але й, що найбільш важливо, отримати багаточисельні наслідки законів, які допускають дослідну перевірку. Дослідною перевіркою наслідків відомих законів і пошуком нових фактів займається експериментальна фізика.

Даний робочий зошит має за мету ознайомити студентів з експериментальним методом фізичної науки шляхом залучення останніх до активної дослідної діяльності щодо перевірки законів механіки.

У робочому зошиті пропонуються лабораторні роботи з курсу “Механіка”. Робочий зошит розробленно для студентів фізико-математичного та педагогічно-інженерного факультетів Глухівського державного педагогічного університету.

З метою полегшення підготовки до лабораторних занять крім детального опису порядку виконання лабораторної роботи додаються короткі теоретичні відомості, опис установки в цілому та окремих приладів. Розглянуто питання обробки та обчислення експериментальних результатів вимірювань фізичних величин. В робочому зошиті визначено та доводяться необхідні формули, формулюються практичні завдання та запитання для самоконтролю.

Розміщення лабораторних робіт у робочому зошиті відповідає програмі з лабораторного практикуму для студентів фізико-математичних спеціальностей педагогічних вузів. Роботи, які призначені для студентів спеціальностей “Трудове навчання та фізика”, “Трудове навчання та обслуговуюча праця”, “Професійне навчання” позначені знаком <<*>>.

Розрахунок похибок та результатів вимірювань фізичних величин

Вимірювання – експериментальне визначення кількісного значення фізичної величини за допомогою спеціально для цього призначених технічних засобів. Вимірювання включає в себе спостереження та виконання математичних операцій з визначенням результату вимірів.

Фізична величина визначає, як правило, яку-небудь одну з властивостей матерії. Наприклад, робота характеризує властивість матеріальних тіл при їх взаємодії передавати одне одному деяку кількість енергії.

Спостереження – операція зі знаходження значення вимірювальної величини. Результат спостереження підлягає подальшій обробці разом з результатами інших подібних операцій з метою знаходження результатів вимірювань.

Пряме вимірювання – вимірювання, при якому сигнал, що поступає на вхід засобу вимірювання, містить інформацію про саму фізичну величину. Приклади прямих вимірювань: вимірювання маси на терезах, температури за допомогою термометра, напруги – вольтметра, сили струму – амперметра і т.д.

Непряме вимірювання – вимірювання, при якому шукане значення фізичної величини отримують обчисленням на основі її залежності від величин, які вимірюють безпосередньо.

Наближені обчислення

Точність обчислень результатів вимірювань має відповідати точності вимірювань. Виконувати обчислення з більшою точністю, ніж це дозволяють експериментальні дані, нераціонально.

Усі правильні цифри числа, крім нулів, що стоять попереду числа, і нулів, поставлених замість цифр, відкинутих при округленні, називають значущими. Наприклад, у числі 0,0701 три значущих цифри. Перші два нулі зліва – незначущі, нуль між сімкою та одиницею – значущий. У числі 4500 чотири значущих цифри. Запис 4,5∙10³ означає, що значущих цифр тільки дві (четвірка і п’ятірка; нулі тут означають, що число округлене).

Запис результатів вимірювання має відповідати також точності вимірювань.

Правила округлення чисел

1. Коли перша з цифр, що відкидається, менша за 5, то останню цифру, що залишається, не змінюють. Наприклад, 76,23 можна округлити до 76,2, а потім до 76 (в залежності від точності розрахунків).

2. Коли перша з цифр, що відкидається, дорівнює 5 або більша за 5, то останню цифру, що залишається, збільшують на одиницю. Наприклад, число 65,757 можна округлити наступним чином: 65,76; 65,8; 66.

Математичні операції над наближеними числами

1. Округлювати числа слід за наведеними вище правилами до розряду найменш точного числа, залишаючи в числах одну запасну цифру. Останнє дає змогу цілком правильно округлити кінцевий результат, у якому вказану цифру відкидають.

2. При додаванні та відніманні наближених чисел кінцевий результат слід округлити так, щоб у ньому не було значущих цифр у тих розрядах, яких немає хоча б в одному з наближених чисел.

Приклад: 5,962 + 2,49 + 7,18376 + 6,1468 ≈ 5,962 + 2,49 + 7,184 + 6,147 = 21,783 ≈ 21,78.

3. При множенні та діленні наближених чисел у кінцевому результаті слід залишити стільки значущих цифр, скільки їх є у наближеному числі з найменшою кількістю значущих цифр.

Приклад: 3,624 ∙ 2,4 ∙ 5,1127 ≈ 3,62 ∙ 2,4 ∙ 5,11 = 8,688 ≈ 8,7.

4. При піднесенні до степеня у кінцевому результаті слід залишити стільки значущих цифр, скільки їх має наближене число, яке підносять до степеня.

Приклад: 1,26² = 3,276 ≈ 3,28.

5. При добуванні коренів у кінцевому результаті слід залишити стільки значущих цифр, скільки їх має підкореневе наближене число.

Приклад: ≈ 1,513 = 1,51.

6. При знаходженні логарифма наближеного числа потрібно брати в результаті стільки знаків, скільки правильних знаків має дане число.

Приклад: lg 77,23 ≈ 2,8878 ≈ 2,888.