Sizov_Behovyh_Molecular_Physics

ния твердых тел.

Под коэффициентом линейного расширения твердых тел пони-

мают физическую величину, численно равную относительному изменению длины тела при изменении его температуры на один Кельвин. Коэффициент линейного расширения определяется из соотношения

где l0 – длина тела при 00С;

t0 – температура тела, равная 00С;

(l – l0) – изменение длины тела при изменении его температуры на

(t – t0) градусов.

В общем случае коэффициент линейного расширения зависит от температуры. Постоянной величиной его можно считать только в узком интервале температур.

Единицей измерения коэффициента линейного расширения тел в СИ является 1 К-1 (кельвин в минус первой степени).

При другой температуре t2, его длина l2 будет определятся выражением:

Из выражений (2) и (3) следует:

Описание установки

Прибор для определения коэффициента линейного расширения твёрдых тел (рис.) состоит из корпуса 1, к которому крепится защитный кожух 2. Внутри кожуха установлен нагреватель 3, центрирующийся с торцов в опоре 4 и крышке 5. При проведении опытов в нагреватель через прокладку 6 помещается стеклянная пробирка 7 со стержнем 8. На корпусе прибора установлена стойка 9 с кронштейном

98

Из курса математического анализа известно, что дифференциал независимой переменной x равен ее приращению, то есть dx = ∆x, и если приращение аргумента достаточно мало для функции, то дифференциал функции приблизительно равен ее приращению, то есть dy ≈ ∆y . С учетом этого, а также выражений (5) и (7) получаем:

E = ∆yy = k1 ∆xx11 + k2 ∆xx22 +...+ kn ∆xxnn .

Если в результате логарифмирования и дифференцирования в выражении появились знаки «-», то с целью нахождения максимальной относительной погрешности их необходимо заменить на «+».

Таким образом, чтобы воспользоваться данным методом, необходимо:

а) прологарифмировать исходную функцию; б) продифференцировать полученное выражение логарифма;

в) заменить все знаки дифференциала d на приращения ∆ ;

г) заменить все минусы, полученные при логарифмировании и дифференцировании, на плюсы;

д) рассчитать относительную погрешность косвенного измерения, используя полученную формулу, подставив в нее значения величин, полученных при прямых измерениях, и их абсолютные погрешности;

е) рассчитать абсолютную погрешность по формуле:

∆y = E yизм ;

ж) окончательный результат записать в виде: y = (yизм ± ∆y) ;

E =...% .

Пример. Определим погрешности косвенного измерения плотности конуса по его массе m и линейным размерам, то есть по высоте h и диаметру основания D, используя выражение:

ρ = π12D2mh :

а) lnρ = ln12+lnm−lnπ −2lnD−lnh ;

б) dρρ = dmm −2dDD − dhh ;

в) ∆ρρ = ∆mm −2∆DD − ∆hh ;

11

г) E = ∆ρρ = ∆mm + 2∆DD + ∆hh ,

где ∆m , ∆D , ∆h – средние абсолютные погрешности при прямых измерениях;

m, d , h – средние значения этих величин. Абсолютную погрешность определим по формуле:

∆ρср = E ρср .

Конечный результат представим в виде:

ρ = (ρср ± ∆ρср )кг/м3 ; E =...% .

Более точно рассчитать случайные погрешности позволяют методы математической статистики.

Математическая обработка результатов измерений

Ошибка результата определяется не только неточностями измерений, но и неточностями вычислений. Вычисления необходимо проводить так, чтобы их ошибка была на порядок меньше ошибки результата измерений. Для этого необходимо вспомнить правила математических действий с приближенными числами.

Значащими называются все цифры кроме нуля, стоящего слева от чисел. Нуль, стоящий между значащими цифрами или справа от них, также значащая цифра.

Примеры:

1)0,0105. Два нуля слева – не значащие цифры. Всего число имеет три значащих цифры, в том числе и нуль, стоящий между значащими цифрами 1 и 5;

2)5000. Нули справа – значащие. Всего число имеет четыре значащих цифры (нули получились не в результате округления, а при измерении);

3)5·103. Число имеет одну значащую цифру, то есть при измерениях учитывались только тысячи. Точность числа 5·103 в тысячу раз меньше 5000.

Правила округления чисел

Если не все числа заканчиваются на одном и том же разряде, то для упрощения действий до их выполнения следует произвести округления до разряда на единицу меньшего, чем разряд наименее точного

12

σ2ср = σ2с р ± ∆ σ2с р; Еσ2=…%.

4. Сравните полученный результат с табличными данными (прил. 10). Сделайте вывод.

Контрольные вопросы

1.Как возникает поверхностное натяжение?

2.В чем состоит физический смысл коэффициента поверхностного натяжения?

3.Почему у различных жидкостей коэффициент поверхностного натяжения различен?

4.Почему роса на листьях растений собирается в капли, а не растекается по всему листу?

5.Почему водомерка скользит по воде и не тонет?

6.Почему пища не «пригорает» к поверхности сковороды с тефлоновым покрытием?

Лабораторная работа № 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ЛИНЕЙНОГО РАСШИРЕНИЯ

Цель работы: определить коэффициент линейного расширения твердых тел.

Оборудование: прибор для определения коэффициента линейного расширения твёрдых тел, штангенциркуль, термометр, испытуемые тела.

Основные теоретические сведения

При увеличении температуры, тела расширяются, т.е. увеличивают свои геометрические размеры. Известны также исключения. Например, вода в интервале температур от 0 до 4°С уменьшает свой объём при нагревании. Однако большинство веществ, подчиняется правилу увеличения своих линейных размеров (расширения) с увеличением температуры. Различные вещества неодинаково изменяют свои геометрические размеры под влиянием изменения температуры. Одной из основных физических характеристик, отличающих свойства различных веществ изменять свои геометрические размеры под действием изменения температуры, является коэффициент линейного расшире-

97

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов измерений и вычислений:

2.Промойте одну из бюреток и наполните её водой.

3.Краном отрегулируйте удобную для отсчета частоту падения капель.

4.Отсчитайте количество падающих капель n1, объем которых соответствует объему жидкости между зафиксированными делениями бюретки. Запишите результаты измерений в таблицу.

5.Промойте и наполните керосином вторую бюретку.

6.Отсчитайте число капель n2, объем которых равен объему вытекающей воды в первом случае.

7.Для каждой жидкости опыт повторите 5 раз, оставляя постоянным объем вытекающей жидкости в каждом случае. Запишите результаты измерений в таблицу.

Обработка результатов измерений

1.Зная количество капель n1 и n2 и, используя табличные значения плотности воды ρ1 и керосина ρ2 (прил. 3), а также коэффициент поверхностного натяжения воды σ1 (прил. 10), по формуле (6) рассчитайте коэффициент поверхностного натяжения керосина σ2. Результаты расчетов, а также табличные данные занесите в таблицу.

2.Определите относительную и абсолютную погрешности измерений методом среднего значения.

3.Конечный результат запишите в виде:

96

числа по правилам 1, 2 и 3.

Правило 1. Округление достигается простым отбрасыванием цифр, если первая из отбрасываемых цифр меньше, чем 5.

Пример. 0,234 ≈ 0,23.

Правило 2. Если первая из отбрасываемых цифр больше, чем 5, то последняя цифра увеличивается на 1. Последняя цифра увеличивается также и в том случае, когда первая из отбрасываемых цифр 5, а за ней есть одна или несколько цифр, отличных от нуля.

Пример. 35,856 ≈ 35,9.

Правило 3. Если отбрасываемая цифра равна 5, а за ней нет значащих цифр, то округление производится на ближайшее четное число. Последняя сохраняемая цифра оставляется неизменной, если она четная, и увеличивается на единицу, если она нечетная.

Пример. 0,0465 ≈ 0,046; 0,935 ≈ 0,94.

При выполнении математических операций также возникает необходимость округления чисел, которое проводится в соответствии с правилами.

1.При сложении и вычитании приближенных чисел следует сохранить столько десятичных знаков, сколько их в приближенном данном с наименьшим числом десятичных знаков:

Пример. 23,2 + 0,442 + 7,247 ≈ 23,2 + 0,44 + 7,25 ≈ 30,9.

2.При умножении и делении приближенных чисел произведение или частное будет иметь столько значащих цифр, сколько их име-

ет приближенное данное с наименьшим числом значащих цифр: Пример. 30,9 1,8364 ≈30,9 1,84 = 56,856 ≈ 56,9;

56,9:2,412 ≈56,9:2,41= 23,609 ≈ 23,6.

3. При возведении в степень в результате сохраняется столько значащих цифр, сколько их имеет возводимое в степень приближенное число:

Пример. (11,38)2 =129,5044 ≈129,5.

4. При извлечении корня сохраняется столько значащих цифр, сколько их имеет подкоренное выражение:

Пример. 3 5,12 =1,723≈1,72 .

5. При нахождении логарифма из таблиц следует брать столько знаков, сколько значащих цифр содержит данное число:

Пример. lg77,23=1,8878≈1,888.

13

Число значащих цифр окончательного результата определяется порядком величины абсолютной погрешности. Таким образом, результат округляют до того разряда, в котором находится значащая цифра абсолютной ошибки.

Пример. x = 2,628мм, ∆x = 0,6мм, x = (2,6±0,6)мм.

Правила построения графиков

Во многих случаях оказывается удобным графически изображать зависимость между изучаемыми величинами. При этом необходимо руководствоваться следующими правилами.

1.При построении графика значения независимой переменной откладываются по горизонтальной оси (оси абсцисс), а значения функции – по вертикальной оси (оси ординат). В качестве независимой переменной или функции может выступать как сама функция, так

икакая-либо ее степень или комбинация нескольких физических величин.

Величины, откладываемые по осям, должны указываться вместе со своими единицами измерений.

2.Исходя из пределов изменения независимой переменной и функции, необходимо выбрать независимые друг от друга масштабы по осям. График должен располагаться в центре координатной плоскости или четверти.

3.Для упрощения построения графика удобно на основании измерений составить таблицу, в которой каждому значению независимой переменной соответствует значение функции.

4.Экспериментальные точки наносятся на график с учетом погрешностей. Числовые значения экспериментальных точек и погрешностей на графике не наносятся. Вспомогательные линии для построения графика, например, штрихованные, проводить нельзя, так как они ухудшают наглядность графика.

5.При построении графика следует разумно выбирать масштабы по осям так, чтобы экспериментальные точки располагались по всей координатной плоскости. Для этого, при необходимости, допускается смещение нуля по одной или обеим осям.

6.После построения экспериментальных точек проводится плавная кривая так, чтобы, по возможности, она проходила внутри интервалов погрешности. Следует заранее задуматься о виде кривой (прямая, гипербола, парабола и т.д.) исходя из известных теоретиче-

14

Обоснование метода

Коэффициент поверхностного натяжения несложно определить в лабораторных условиях. Если из стеклянной трубки капает жидкость, то капля отрывается от трубки в том случае, когда сила тяжести равна силе поверхностного натяжения, удерживающей каплю. По-

где m – масса одной капли;

g – ускорение силы тяжести;

r – радиус шейки отрывающейся капли.

Так как непосредственно радиус r измерить трудно, то поступают следующим образом: пусть в некотором объеме V содержится n1 капель одной жидкости (воды) и n2 капель другой жидкости (керосина). Зная плотности жидкостей ρ1 и ρ2, можно записать равенства:

Описание установки

Установка для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом капель достаточно проста (рис. 3.). Она состоит из бюретки 1 с краном 3, на которой нанесены деления. Бюретка крепится на штативе 2, причем располагается таким образом, чтобы

жидкость могла капать в ста-

Рис. 3. Схема экспериментальной кан 4. установки

95

Таким образом, коэффициент поверхностного натяжения (σ) может быть определен как модуль силы поверхностного натяжения, действующей на единицу длины линии, ограничивающей поверхность.

В этом случае единицей измерения коэффициента поверхностного натяжения в СИ является 1 Н/м (ньютон на метр). Легко показать равенство единиц измерения 1 Н/м = 1 Дж/м2.

Вблизи границы между жидкостью, твердым телом и газом форма свободной поверхности жидкости зависит от сил взаимодействия молекул жидкости с молекулами твердого тела (взаимодействием с молекулами газа (или пара) можно пренебречь). Если эти силы больше сил взаимодействия между молекулами самой жидкости, то жидкость смачивает поверхность

твердого тела. В этом случае жидкость подходит к поверхности твердого тела под некоторым острым углом θ (рис. 2, а), характерным для данной пары жидкость – твердое тело. Угол θ называется краевым углом. Если силы взаимодействия между молекулами жидкости превосходят силы их взаимодействия с молекулами твердого тела, то краевой угол θ оказывается тупым (рис. 2, б). В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела. При полном смачивании θ = 0°, при полном несмачивании θ = 180°.

Поверхностное натяжение является важнейшим физическим явлением в живой природе. Так, для многих организмов (мелких насекомых и паукообразных) поверхностная пленка воды является опорой движения. Например, водомерки опираются на воду только лапками, покрытыми воскообразным налетом, не смачивающимся водой. Поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшой мениск. Возникающее дополнительное давление удерживает водомерку.

Некоторые животные, обитающие в водоемах, но не имеющие жабр, например личинки комаров (в том числе малярийных), подвешиваются снизу у поверхностной пленки воды с помощью несмачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Поэтому для борьбы с малярийными комарами зараженные водоемы поливают нефтью, которая значительно ослабляет коэффициент поверхностного натяжения и, соответственно, силу поверхностного натяжения воды. Поверхностная пленка воды, не выдерживая тяжести личинки, рвется. Личинка погружается на глубину и, лишенная воздуха, гибнет.

Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно-активными веществами.

94

ских представлений (формул).

Если какая-либо точка находится в стороне от проведенного графика, то на нее следует обратить особое внимание, возможно при данном измерении была допущена ошибка. Если это не так, то в районе этой точки искомая зависимость имеет резко выраженную особенность. Такие особенности представляют наибольший интерес. Поэтому необходимо внимательно промерить область вблизи этой точки.

Пример. Построим график зависимости ускорения тела от силы, действующей на него (рис.).

Врезультате эксперимента получены следующие значения силы

иускорения с соответствующими погрешностями:

1.Нарисуем координатную плоскость.

2.Выберем масштаб таким образом, чтобы максимальное зна-

чение силы было равно 0,9 Н, а максимальное значение ускорения 1,7 м/с2.

3.Обозначим координатные оси.

4.Нанесем экспериментальные точки с соответствующими погрешностями.

5.Проведем экспериментальную кривую так, чтобы она не выходила за пределы погрешностей.

Рис. График зависимости а = f (F)

15

Лабораторная работа № 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

Цель работы: ознакомиться с устройством, принципом действия штангенциркуля, микрометра и технических весов; определить с их помощью плотность твердого тела правильной геометрической формы.

Оборудование: весы технические, набор гирь, штангенциркуль, микрометр, твердое тело правильной геометрической формы.

Основные теоретические сведения

Плотность ρ тела в данной точке равна пределу отношения массы ∆m элемента тела, выбранного в окрестности данной точки, к его объему ∆V при неограниченном уменьшении ∆V :

ρ = lim ∆m .

∆V→0 ∆V

Средней плотностью тела называется величина ρср , равная от-

ношению массы тела m к его объему V :

ρср = Vm .

Если тело однородно, то:

ρ = ρср = Vm .

Физический смысл: плотность показывает, чему равна масса вещества в единице объема.

лограмм на метр кубический).

Обоснование метода

Для определения плотности твердого тела воспользуемся формулой:

не со всех сторон. Силы межмолекулярного взаимодействия, действующие на одну из молекул внутри жидкости со стороны соседних молекул, в среднем взаимно скомпенсированы. Любая молекула в пограничном слое притягивается молекулами, находящимися внутри жидкости (силами, дей-

ствующими на данную молекулу жидкости со стороны молекул газа (или пара) можно пренебречь). В результате появляется некоторая

равнодействующая сила F1 (или F2 ), направленная внутрь жидкости.

Если молекула переместится с поверхности внутрь жидкости, силы межмолекулярного взаимодействия совершат положительную работу. Наоборот, чтобы переместить некоторое количество молекул из глубины жидкости на поверхность (т.е. увеличить площадь поверхности жидкости), внешние силы должны совершить работу ∆Aвнеш, пропорциональную изменению ∆S площади поверхности:

Коэффициент σ называется коэффициентом поверхностного на-

тяжения (σ > 0). Таким образом, коэффициент поверхностного на-

тяжения равен работе, необходимой для увеличения площади поверхности жидкости при постоянной температуре на единицу.

Единица измерения коэффициента поверхностного натяжения жидкости в СИ: 1 Дж/м2 (джоуль на метр квадратный).

Следовательно, молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избыточной по сравнению с молекулами внутри жидкости потенциальной энергией. Из механики известно, что равновесным состояниям системы соответствует минимальное значение ее потенциальной энергии. Отсюда следует, что свободная поверхность жидкости стремится сократить свою площадь. По этой причине свободная капля жидкости принимает шарообразную форму. Жидкость ведет себя так, как будто по касательной к ее поверхности действуют силы, сокращающие (стягивающие) эту поверхность. Эти силы называются сила-

ми поверхностного натяжения.

Сила поверхностного натяжения пропорциональна числу молекул, прилегающих к контуру на поверхности жидкости, которое, в свою очередь, пропорционально длине контура:

93

∆σ = Eσ σ .

6.Рассчитайте средние значения величин Eσ и ∆σ .

7.Запишите окончательный результат измерений в виде:

σ= (σср ± ∆σср )Нм , Eσ =...%.

8.Сделайте вывод о соответствии полученных данных табличным (прил. 10).

Контрольные вопросы

1.Что называется поверхностным натяжением и каков механизм его возникновения?

2.Как зависит коэффициент поверхностного натяжения жидкости от температуры и почему?

3.Что такое поверхностно-активное вещество и каков механизм его действия?

Лабораторная работа № 14

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ МЕТОДОМ КАПЕЛЬ

Цель работы: ознакомиться с определением коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом капель.

Оборудование: две бюретки, два штатива, три стакана, вода, исследуемая жидкость.

Основные теоретические сведения

Наиболее интересной особенностью жидкостей является наличие свободной поверхности. Жидкость, в отличие от газов, не заполняет весь объем сосуда, в который она налита. Между жидкостью и газом (или паром) образуется граница раздела, которая находится в особых условиях по сравнению с остальной массой жидкости. Молекулы в пограничном слое жидкости (рис. 1, в, г), в отличие от молекул в ее глубине (рис. 1, а, б), окружены другими молекулами той же жидкости

92

Массу тела можно измерить непосредственно с помощью технических весов. Для определения объема часто используют измерительные цилиндры (мензурки). Если тело правильной геометрической формы, то объем легко рассчитать по формулам (прил.), например, для конуса:

где π = 3,14 – математическая постоянная; R – радиус основания;

h – высота конуса.

Так как удобнее измерить диаметр основания, а не радиус, учи-

После подстановки (3) в (1) имеем:

ρ = π12Dm2 h .

Таким образом, измерив массу, диаметр основания и высоту конуса, определим его плотность.

Описание средств измерений

Технические весы (рис. 1) – высокочувствительный точный прибор. Нормальная работа весов осуществляется при вертикальном положении основной стойки 1. Для этого на ней укреплен отвес 2, а две передние ножки основания снабжены уравнительными винтами 3.

Технические весы Рис. 1. Весы технические имеют специальное устрой-

ство – арретир 4, позволяющий лишь на время измерения поднимать опорную пластину с коромыслом 5 и чашками 6. Во время хранения весы должны быть арретированы. Поворачивать ручку арретира следует плавно, не допуская резких колебаний коромысла и чашек.

17

Для измерения массы на одну чашку уравновешенных весов помещают исследуемое тело, а на другую – гири с разновесками 7 до тех пор, пока стрелка 8 не станет, как можно более точно, указывать на центральную риску шкалы 9. Искомая масса тела получается равной суммарной массе всех гирь и разновесок, помещенных на другую чашку весов.

Рис. 2. Штангенциркуль

Штангенциркуль (рис. 2) – универсальный инструмент, предназначенный для высокоточных измерений наружных и внутренних размеров, а также глубин отверстий. Основой прибора является штанга 1 со шкалой 2, по которой перемещается подвижная рамка 3 с нониусом 4 для отсчета долей делений. Штанга и рамка снабжены губками для внутренних и наружных измерений (5 и 6 соответственно), а также линейкой глубинометра 7. Для зажима рамки используется винт 8. Точность измерения штангенциркулем – десятые (у некоторых видов сотые) доли миллиметра.

При отсчете показаний пользуются следующим правилом. Ближайшее слева деление основной шкалы штангенциркуля к нулевому штриху нониуса дает целое число миллиметров, содержащихся в измеряемой длине, а деление нониуса, совпавшее с ка-

ким-нибудь делением основной шкалы, дает десятые доли миллиметра (рис. 3).

Для более точных измерений применяют микрометр (рис. 4).

18

Порядок выполнения работы

1. Подготовьте таблицу для записи результатов:

2.Налейте исследуемую жидкость в сосуд (7).

3.Опустите пружину (4) до тех пор, пока кольцо (3) не коснется поверхности жидкости. Проследите, чтобы его нижний срез кольца был строго параллелен поверхности воды.

4.Откройте кран (8) и следя за смешением указателя (6) по делениям зеркальной шкалы (2), заметьте деление, при котором произойдет отрыв кольца.

5.Нагрузите чашку (5) разновесками до тех пор, пока указатель не совместится с делением, при котором произошел отрыв кольца. Суммарную массу разновесок m запишите в таблицу.

6.Повторите измерения по пунктам 2-5 еще два раза.

7.Штангенциркулем определите в трех местах внешний d1 и

внутренний d2 диаметры кольца и запишите их в таблицу.

Обработка результатов измерений

1. Рассчитайте средние значения величин m, d1 , d2 и запишите их в таблицу.

2. Методом среднего значения определите ∆m , ∆d1 , ∆d2 и их средние значения.

3. По значениям m, d1 и d2 для каждого из опытов вычислите коэффициент поверхностного натяжения по формуле (4). Значение g возьмите из приложения 1.

4.Определите среднее значение σ .

5.Для каждого опыта вычислите относительную и абсолютную погрешности по формулам:

91

Обоснование метода

Если кольцо, подвешенное на пружине, привести в соприкосновение с жидкостью, то на кольцо будет действовать сила поверхностного натяжения. Это проявляется в том, что при вытекании воды из сосуда пружина растягивается.

Отрыв кольца от жидкости произойдет в тот момент, когда сила поверхностного натяжения станет равна силе упругости пружины. Силу упругости пружины можно определить следующим образом: воду из сосуда слить на столько, чтобы кольцо не соприкасалось с водой и нагрузить пружины так (помещая на чашку

разновески), чтобы растяжение ее было точно таким же, как и при отрыве кольца от воды. Тогда вес разновесок будет равен силе упругости пружины, а, следовательно, и силе поверхностного натяжения. Разрыв поверхности пленки происходит по линии соприкосновения кольца с поверхностным слоем жидкости. Можно видеть по рисунку 4, что разрыв поверхности жидкости происходит по двум окружностям, диаметры которых равны внешнему и внутреннему диаметрам кольца. Общая линия разрыва

l =πd1 +πd2 =π(d1 + d2) ,

где d1 - внешний диаметр кольца, d2 - внутренний диаметр кольца. Тогда, из формулы 2 можно записать:

где P – вес разновесок.

Так как в данном случае вес разновесок равен их силе тяжести, т. е. P = mg , выражение (3) запишется в виде:

90

Рис. 4. Микрометр

Он состоит из стальной скобы 1, имеющей слева неподвижный упор (пятку) 2, а справа стебель 3, в котором вращается микрометрический винт 4. Винт скреплен с барабаном 5, имеющим деления. Поворот барабана на одно деление приводит к смещению винта на 0,01 мм. Измеряемую деталь помещают между неподвижным упором и микрометрическим винтом, который осторожно подводят до соприкосновения при помощи трещетки 6, обеспечивающей постоянство нажима. Целые миллиметры отсчитывают по числу открытых барабаном делений на неподвижной шкале стебля, а сотые доли миллиметра

по делению шкалы барабана,

Порядок выполнения работы

1.Для измеряемого тела из определения плотности и формулы для объема (прил. 6) получите расчетную формулу.

2.В соответствии с ней составьте таблицу для записи результатов измерений, заменив столбец с многоточием столбцами для записи линейных размеров образца и их абсолютных погрешностей.

19

3. Произведите не менее трех измерений линейных величин и массы тела. Результаты занести в таблицу.

Обработка результатов измерений

1.Для каждой измеряемой величины вычислите среднее значение и абсолютную погрешность (смотрите расчет погрешностей при прямых измерениях).

2.По расчетной формуле определите плотность образца и ее среднее значение.

3.Для каждого опыта рассчитайте относительную и абсолютную погрешности косвенного измерения плотности (смотрите расчет погрешностей при косвенных измерениях).

4.Результат запишите в виде: ρ = (ρср ± ∆ρср )мкг3 , Eρ =...% .

5.По справочнику (прил. 2) и полученному значению плотности определите, из какого материала изготовлено исследуемое тело.

6.Сделайте вывод по проделанной работе.

Контрольные вопросы

1.Сформулируйте определение плотности твердого тела.

2.Сформулируйте физический смысл плотности.

тела, то краевой угол θ оказывается тупым (рис. 2, б). В этом случае говорят, что жидкость не смачивает поверхность твердого тела. При полном смачива-

нии θ = 0°, при полном несмачивании θ = 180°.

Поверхностное натяжение является важнейшим физическим явлением в живой природе. Так, для многих организмов (мелких насекомых и паукообразных) поверхностная пленка воды является опорой движения. Например, водомерки опираются на воду только конечными члениками широко расставленных лапок; лапка, покрытая воскообразным налетом, не смачивается водой, поверхностный слой воды прогибается под давлением лапки, образуя небольшой мениск. Возникающее дополнительное давление удерживает водомерку.

Некоторые животные, обитающие в водоемах, но не имеющие жабр, подвешиваются снизу у поверхностной пленки воды с помощью несмачивающихся щетинок, окружающих их органы дыхания. Этим приемом пользуются личинки комаров, в том числе и малярийных.

Вещества, ослабляющие поверхностное натяжение жидкости, называются поверхностно-активными веществами. По отношению к воде такими веществами являются нефть, спирт, эфир, мыло и др. Поэтому для борьбы с малярийными комарами зараженные водоемы поливают нефтью, которая значительно ослабляет коэффициент поверхностного натяжения и, соответственно, силу поверхностного натяжения воды. Поверхностная пленка воды, не выдерживая тяжести личинки, рвется. Личинка погружается на глубину и, лишенная воздуха, гибнет.

Описание установки

Установка для определения коэффициента поверхностного натяжения состоит из стойки (1) с вертикальной зеркальной шкалой

(2) (рис. 3). Перед шкалой, параллельно ей, подвешено кольцо (3) на пружине (4). Выше плоскости кольца находится небольшая чашка

(5) для грузов. Над чашкой укреплен указатель (6). На стойке установлен сосуд (7), имеющий в нижней части кран (8) для слива иссле-

Рис. 3. Внешний вид установки дуемой жидкости в сосуд (9).

89