Контрольные вопросы

1. Что называют моментом силы? Что он характеризует? Как определяется величина и направление момента силы? Какова единица измерения момента силы?

2. Что называют моментом инерции материальной точки, тела? Что характеризует момент инерции? Каковы единицы измерения момента инерции?

3. Что утверждает основное уравнение динамики вращательного движения?

4. Как связаны между собой линейное и угловое ускорения?

5. Какая экспериментальная задача решается в задании 1, в задании 2?

6. Что может служить доказательством справедливости предположения о постоянстве момента сил трения?

7. Что служит экспериментальным доказательством справедливости основного уравнения динамики вращающихся твердых тел?

Литература

1. Руководство к лабораторным занятиям по физике/ под ред. Гольдина Л.Л./ – М., 1973.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. – М., 1973, т.1, §§18, 19, 36, 37.

3. Стрелков С.П. Механика. – М., 1965, §§52, 59.

4. Хайкин С.Э. Физические основы механики. – М., 1971.

Лабораторная работа №10 определение плотности жидкостей и твердых тел гидростатическим взвешиванием

Цель работы. Изучить метод определения плотности веществ гидростатическим взвешиванием.

Принадлежности. Технические весы, разновески, денсиметр, штатив со столиком, стакан с дистиллированной водой, исследуемое тело, пустотелый шар или цилиндр.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Чтобы определить плотность вещества , необходимо провести измерения массы тела m и его объёма V .

. (1)

Масса тела может быть определена с высокой точностью. Однако определить объём с такой же высокой точностью путём измерения геометрических размеров, когда тело неправильной формы, не пред­став­ляется возможным.

Величину объема можно рассчитать, если воспользоваться законом Архимеда. Согласно этому закону, на всякое тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая сила, направленная вертикально вверх и равная весу жидкости или газа, в объеме погруженной части тела.

Таким образом, на тело, погруженное в жидкость, в вертикальном направлении действует сила F_A , определяемая соотношением

F_A = P₂ – P₁ = ' g V, (2)

где ' – плотность жидкости. V – объем погруженной части тела, P₁ – вес тела в воздухе, P ₂ – вес тела в жидкости.

Если плотность жидкости  известна, например, когда используется дистиллированная вода, то объем тела легко найти из соотношения

. (3)

Из соотношений (1) и (3) получим формулу для определения плотности твердого тела:

, (4)

т. к. P₁ = m₁ g и P₂ = m₂ g .

Здесь m₁ – масса разновесок, уравновешивающих твердое тело при взвешивании в воздухе, m₂ – масса разновесок, уравновешивающих твердое тело, погруженное в жидкость.

Рассмотренный метод определения плотности вещества называется методом гидростатического взвешивания.

Гидростатическим взвешиванием можно определить и плотность жидкости. Для этого некоторое твердое тело взвешивают в воздухе, в дистиллированной воде и в исследуемой жидкости.

В результате получают два равенства:

,

в которых V – объем твердого тела, ' – плотность воды. Последние два равенства приводят к формуле для расчета плотности исследуемой жидкости

. (5)

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

С хема экспериментальной установки показана на рис. 1. Она состоит из технических весов 1, штатива со столиком 2, стакана с жидкостью 3, тела на нити 4, разновесок 5.

ЗАДАНИЕ 1. Определение плотности твердого тела.

После уравновешивания ненагруженных весов приступите к взвешиванию тела, предварительно подвесив его на тонкой проволоке к коромыслу весов. Массу проволоки можно не учитывать. С помощью весов определите массу разновесков, уравновешивающих тело в воздухе. Затем поставьте на подставку стакан с дистиллированной водой и определите массу разновесок, уравновешивающих тело, погруженное в воду. По таблицам найдите плотность дистиллированной воды при данной температуре и вычислите плотность твердого тела по формуле (4). Оцените ошибку измерений.

Таблица 1

№ п/п	m1 (кг)	m2 (кг)	' (кг/м 3)	 (кг/м 3)	 (%)
Среднее

Окончательный результат запишите в виде

 =      .

ЗАДАНИЕ 2. Определение плотности жидкости.

Погрузите тело в исследуемую жидкость и определите массу разновесок, которые его уравновешивают. Подсчитайте плотность жидкости по формуле (5), используя при этом данные, полученные при выполнении ЗАДАНИЯ 1. Полученные результаты занесите в таблицу 2. Оцените ошибку измерений.

Таблица 2

№ п/п	m1 (кг)	m2 (кг)	m3 (кг)	’,кг/м3	 ,кг/м3	 (%)
Среднее

ЗАДАНИЕ 3. С помощью денсиметра определить плотность исследуемой жидкости и сравнить полученные результаты с резуль­та­тами, получен­ными методом гидростатического взвеши­ва­ния.

ЗАДАНИЕ 4. Разработать методику и провести измерения объема внутренней полости в твердом теле с помощью гидростатического взвешивания.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дайте определение плотности вещества.

2. Установите единицы плотности вещества в системах СИ и СГС. Найдите соотношение между ними.

3. Выясните, чем обусловлена точность определения плотности вещества гидростатическим взвешиванием.

4. Сформулируйте закон Архимеда.

5. Проведите выводы формул (4) и (5).

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Физический практикум. Т. 1 / Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Наука, 1967.

Стрелков А.П. Механика. – М., 1975.

П р и м е ч а н и е: Систематическая погрешность настроенных весов Т-1000 равна 10 мг.