МеханыкаМолекулярна

де ρT , ρГ та ρП – відповідно густина твердого тіла, гир та повітря, VT та VГ – відповідно об'єм твердого тіла та гир, g – прискорення вільного падіння.

Винесемо у (2) за дужки у лівій частині VT , а в правій

m0 – маса гир, які зрівноважують тіло у повітрі.

У випадку рівноваги при зважуванні у воді матиме місце рівність, аналогічна рівності (3)

31

Слід відзначити, що при вимірюваннях тіло зважується разом з ниткою, на якій воно підвішується. При проведенні точних досліджень це можна врахувати,

якщо при розрахунках від маси тіла з ниткою m0 у

чисельнику формули (6) відняти масу нитки mн .

Порядок виконання роботи

1.Перевірити правильність встановлення терезів.

2.Підвісити за допомогою нитки тіло до крюка лівого плеча терезів та зважити його у повітрі та у воді. Перед тим, як зважити тіло у воді, необхідно над чашею терезів встановити стакан з водою, використовуючи для цього штатив або підставку. Тіло при зважуванні у воді не повинно дотикатися до дна або стінок стакана.

3.Виміряти термометром температуру води та повітря у кімнаті. Густина повітря та води при визначеній температурі беруться з таблиць 1 та 2.

4.Результати вимірів, густину води та повітря занести до таблиці 3.

5.За формулою (6) визначити густину твердого тіла.

6.Обчислити абсолютну та відносну похибки.

32

Таблиця 1. Густина дистильованої води

33

34

Контрольні запитання

1)Що називають густиною речовини?

2)У чому полягає метод гідростатичного зважування?

3)Які основні джерела похибок при вимірюванні густини методом гідростатичного зважування?

Список літератури

1.Загальна фізика: Лабораторний практикум / За заг. ред. І.Т.Горбачука. - К., 1992.

35

Лабораторна робота № 3 ВИЗНАЧЕННЯ КОЕФІЦІЄНТА ЛІНІЙНОГО

РОЗШИРЕННЯ ТВЕРДИХ ТІЛ Мета роботи: визначити коефіцієнт лінійного

розширення для стального, алюмінієвого та скляного стержня.

Прилади та матеріали: прилад для визначення коефіцієнта лінійного розширення твердих тіл, досліджувані зразки.

Теоретичні відомості

Тепловим розширенням називається збільшення лінійних розмірів і об’єму тіл, що відбувається при підвищенні їхньої температури. Теплове розширення відіграє важливу роль у природі та практиці. Деталі різних конструкцій, машин і приладів при їх експлуатації працюють у режимах змінних температур. Тому з’являється необхідність теоретичного розрахунку можливих змін розмірів тіл і механічних деформацій, які в них можуть виникати при варіації температури.

На основі молекулярно-кінетичної теорії будови речовини теплове розширення пояснюється змінами середніх відстаней між частинками (атомами,

36

молекулами, іонами) при зміні температури. Сили взаємодії між цими частинками мають переважно електромагнітну природу. Між частинками речовини існують як сили притягання, так і сили відштовхування, зумовлені наявністю і рухом зарядів, які входять до складу цих частинок. Результуюча потенціальна енергія П взаємодії двох часток дорівнює алгебраїчній сумі потенціальних енергій, притягання П1 і відштовхування

П2 :

П = П1 + П2 , або П = −(α / rm)+ (b / rn),

де a і b, m і n – константи, які відображають властивості будови і взаємодії частинок речовини; r – відстань між частинками. Характерний графік залежності потенціальної енергії П(r) взаємодії двох молекул від відстані r між ними показаний на рис.1. Відомо, що такий характер кривої пов'язаний з різною залежністю від відстані сил притягання і відштовхування між молекулами.

37

рівноваги на відстані r0 , що відповідає мінімуму потенціальної енергії взаємодії. Із підвищенням температури частинки починають коливатися з усе зростаючою амплітудою. При температурі T1 частинка відхиляється вліво до точки r1′ і вправо до точки r1′′.

Внаслідок асиметричності потенціальної кривої середнє положення частинки переміститься вправо до величини

температури нові центри рівноваги, відносно яких частинки коливаються, віддаляються один від одного, тобто відстань між частинками збільшується. Це і є причиною теплового розширення тіл. Лінійне теплове розширення характерне для твердих тіл. Об'ємне теплове розширення відбувається як у твердих тілах, так і в рідинах при їх нагріванні.

Лінійне теплове розширення характеризується коефіцієнтом лінійного розширення (середнім коефіцієнтом лінійного розширення) α , в даному інтервалі температур. Якщо L – початкова довжина тіла при температурі T, a L = L − L0 – збільшення довжини

39

тіла при нагріванні його на T =T −T0 градусів, то α

при нагріванні його на один градус:

можна вважати, що практично не залежить від температури (для умов цієї лабораторної роботи).

Методика виконання роботи

Прилад складається з корпусу 1, до якого прикріплений захисний кожух 2 (рис.2). Усередині кожуха встановлений нагрівач 3. Опора – 4, кришка – 5. При проведенні дослідів у нагрівач через прокладку 6 розмішують скляну пробірку 7 із досліджуваним зразком у вигляді стержня 8. На корпусі приладу встановлена стійка 9 з кронштейном 10, на якому

40