- •Лабораторные работы по механике
- •Предисловие
- •Введение Место физики среди естественных наук и роль измерений в физике
- •Порядок работы в лаборатории
- •Виды физических измерений
- •Единицы измерения
- •I. Элементы теории погрешностей Ошибки измерения (погрешности) и причины их возникновения
- •Определение величины ошибки при прямых измерениях
- •Коэффициенты Стьюдента
- •Относительная ошибка
- •Пример записи результатов прямых измерений
- •Функция нескольких переменных (ошибки косвенных измерений)
- •Способы уменьшения ошибки измерения
- •Некоторые правила приближенных вычислений
- •Графическое представление результатов
- •II. Простейшие физические измерения Линейный нониус и штангенциркуль
- •Микрометрический винт и микрометр
- •Угловой нониус и оптический угломер
- •Технические весы
- •Аналитические весы
- •Электрические весы
- •Торсионные весы
- •Общие правила работы с весами
- •Лабораторная работа № 1 Проверка градуировки шкалы весов и определение их чувствительности
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 2 определение массы капли воды
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 3 Измерение линейных и угловых размеров твердого тела
- •Форма отчета по лабораторной работе № 3
- •I. Измерения штангенциркулем
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа № 4 Определение объема и плотности твердого тела
- •Краткая теория работы
- •Ход работы
- •Форма отчета по лабораторной работе № 4
- •II. Определение плотности твердого тела неправильной формы Ход работы
- •Контрольные вопросы
Контрольные вопросы
Принцип работы линейного нониуса (штангенциркуля).
Принцип работы углового нониуса (оптический угломер).
Устройство и принцип действия микрометра.
Лабораторная работа № 4 Определение объема и плотности твердого тела
Оборудование: штангенциркуль, микрометр, мензурка, технические весы, набор исследуемых тел.
Цель: освоить методы определения объемов тел правильной и неправильной формы; закрепить навыки работы с простейшими измерительными приборами.
Краткая теория работы
В ряде случаев перед экспериментатором ставится задача определить плотность вещества.
Плотностью называется масса, заключенная в единице объема, поэтому определение плотности ρ сводиться к определению массы и объема V, т.е.
. (4.1)
Наиболее просто определить плотность твердого тела правильной формы: масса тела определяется путем его взвешивания; объем тела определяется по соответствующей формуле, исходя из линейных размеров тела, измеренных в зависимости от заданной точности штангенциркулем, микрометром или другим прибором. В данной работе – это цилиндр.
Объем цилиндра вычисляется по формуле
(4.2)
где d – диаметр, а h – высота цилиндра.
Если тело ограничено сложной поверхностью, объем его можно определить с помощью мерного стакана (мензурки). Обычно у стандартных мерных стаканов дана довольно грубая градуировка объема в миллилитрах. Для повышения точности измерения можно нанести на стакан дополнительную шкалу, например, миллиметровую линейку. Соответствующий этим малым делениям объем можно определить, используя тело известного объема.
Для определения цены деления мензурки с помощью измеренного тела правильной формы нужно проделать следующие операции. Заметить положение уровня воды N1 до погружения тела правильной формы. Полностью погрузив тело в воду, отметить положение уровня воды N2. Определить разность уровней . Цена деления шкалы мерного стакана определяется по формуле
. (4.3)
Заметить положение уровня воды n1 до погружения тела неправильной формы. Погрузить в воду тело неправильной формы и отметить положение уровня воды n2. Определить разность уровней . Рассчитать объем тела неправильной формы
. (4.4)
Недостатком этого метода является большая погрешность, возникающая в результате применения нескольких измерительных приборов. Кроме того, данный метод применим не для всех случаев. Достаточно широко распространены методы, в которых для определения плотности используется только один прибор: весы. Это – метод пикнометра и метод гидростатического взвешивания. Часто для определения плотностей жидкостей используются ареометры.
Ход работы
1. Заранее приготовить форму письменного отчета (см. Приложение 2).
2. Определить линейные размеры тела правильной формы с помощью штангенциркуля. Все измерения повторить 5 раз. Результаты занести в таблицу.
3. Рассчитать объем тела правильной формы по формуле (4.2).
4. Взвесить оба тела на технических весах дважды, меняя положения гирь и взвешиваемого тела. Результаты занести в таблицы.
5. С помощью измеренного тела правильной формы определить цену деления мензурки, используя формулу (4.3). Результат занести в таблицу.
6. Определить мензуркой объем тела неправильной формы по формуле (4.4). Результат занести в таблицу.
7. Рассчитать плотности тел по формуле (4.1). Результаты занести в таблицу.
8. Вывести формулы расчета погрешностей объемов и плотностей тел правильной и неправильной формы.
9. Рассчитать погрешности. Результаты занести в таблицу.
10. Сравнить точности определения плотностей различных тел.
Приложение 2