Laboratornye / Механика_PDF / Лабораторна робота 13
.pdfЛабораторна робота № 13
ВИЗНАЧЕННЯ ГУСТИНИ ТВЕРДИХ ТІЛ ТА РІДИН МЕТОДОМ
ГІДРОСТАТИЧНОГО ЗВАЖУВАННЯ
Мета роботи. Експериментально визначити густину твердих тіл та рідин на основі вимірювання маси та об'єму тіл із застосуванням основного закону гідростатики — закону
Архімеда.
13.1. Теорія методу та опис приладів
Для визначення густини твердого тіла гідростатичним зважуванням, тіло спочатку зважують у повітрі, а потім у рідині, густина якої відома. Такою рідиною в основному є дистильована вода, густину якої досить точно досліджено.
Умови рівноваги терезів при цих зважуваннях, з урахуванням сили Архімеда,
такі: |
|
mg V П g m1 g V1 П g ; |
|
mg V В g m2 g V2 П g |
(13.1) |
де m — маса досліджуваного тіла; m1 — маси гир, що зрівноважують тіло в повітрі; m2 — маси гир, що зрівноважують тіло в рідині; V — об'єм тіла; V1 — об'єм гир, що зрівноважують тіло в повітрі; V2 — об'єм гир, що зрівноважують тіло в рідині; ρП — густина повітря; ρВ — густина рідини; g — прискорення вільного падіння. Замінивши
V1 на — |
m1 |
та V2 на |
m2 |
, де ρГ — густина матеріалу, з якого виготовлено гирі, і |
||||||||||
Г |
|
|||||||||||||
|
|
Г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
віднявши від першого рівняння системи (13.1) друге, для об'єму тіла матимемо: |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
П |
|
|
||
|
|
|
V (m1 |
m2 ) |
|
Г |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
В |
|
|
. |
(13.2) |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
П |
|
||||
Визначивши за першим рівнянням (13.1) масу тіла і поділивши знайдене |
||||||||||||||
рівняння на (13.2), дістанемо робочу формулу для визначення густини тіла: |
|
|||||||||||||
|
|
|
Т |
|
m1 |
( |
В |
П ) П . |
(13.3) |
|||||
|
|
|
m1 |
m2 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Формулу (13.3) потрібно вивести самостійно.
Щоб визначити густину рідини гідростатичним зважуванням, у цій рідині зважують певне тіло, маса і об'єм якого відомі.
Якщо маса і об'єм тіла невідомі, то їх визначають шляхом зважування в повітрі і в дистильованій воді.
Рівняння рівноваги терезів при зважуванні у досліджуваній рідині має вигляд:
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
(13.4) |
|||
|
|
|||||
mg V B g mЗ g 1 |
|
|
. |
|||
|
|
Т |
|
|||
де m і V — маса і об'єм тіла; mЗ — маса гир, що зрівноважують тіло у рідині. Решта позначень аналогічна попереднім. Тоді для густини рідини маємо:
|
|
|
|
|
|
|
П |
|
|
|
|
|
|
m m |
1 |
|
|
|
|||
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
З |
|
|
|
|
||
|
р |
|
|
|
|
|
Т |
(13.5) |
||
|
|
|
V |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Визначивши із першого рівняння системи (13.1) масу тіла, а з рівняння (13.2) |
||||||||||
його об'єм, одержимо робочу формулу для визначення густини рідини: |
|
|||||||||
р |
m1 |
mЗ |
( В П ) П |
(13.6) |
||||||
|
|
|||||||||
|
m1 m2 |
|
|
|
|
|
|
|||
Література
1.Архангельский М.М. Курс физики. Механика. — М.: Просвещение, 1975.
—С. 245 - 247.
2.Гершензон Е.М., Малов Н.Н. Курс общей физики. Механика. — М.: 1987.
—С. 237 - 244.
3.Фізичний практикум / Під ред. В.П. Дущенка. — К: Вища школа, 1981. —
С. 66 - 71.
13.2. Практичне виконання роботи Прилади,обладнання
1. |
Терези . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
шт. |
2. |
Важки . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
шт. |
3. |
Тіла довільної форми . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
компл. |
4. |
Стакан. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
шт. |
5. |
Підставка. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
1 |
шт. |
6. |
Дистильована вода . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
500 мл |
|
7. |
Розчин мідного купоросу . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . |
500мл |
|
Завдання для виконання роботи
Вивести робочу формулу для визначення густини тіла.
Вивести формули для обчислення похибок вимірювань.
Визначити густину тіла довільної форми.
Визначити густину розчину мідного купоросу.
Вимірювання та обробка результатів
1. Зважити досліджуване тверде тіло, підвісивши його на тонкій дротині до коромисла терезів, в повітрі з точністю до 1 мг. Маса досліджуваного тіла з дротиною — m1.
2. Зважити це тіло з такою ж точністю в скляній посудині з дистильованою водою (рис. 13.1). Тіло при цьому не повинно доторкуватися ні дна, ні стінок посудини. На його поверхні не повинно бути бульбашок повітря. Маса тіла з дротиною у воді рівна m2.
3. |
За формулою (13.3) обчислити густину твердого тіла, |
Рис. 13.1. |
розрахувати похибки вимірювань. |
||
4. |
Зважити це тіло з тією ж точністю в скляній посудині з досліджуваною |
|
рідиною. Маса тіла з дротиною в рідині рівна mЗ.
5.За формулою (13.6) обчислити густину рідини, розрахувати похибки вимірювань.
6.Дані вимірювань і обчислень занести в таблицю, складену самостійно.
13.3. Тестові завдання та контрольні запитання для визначення ступеня готовності до виконання роботи та її захисту
1.Що називається масою тіла?
2.Що таке густина? Як її можна обчислити?
3.Як формулюється закон Архімеда?
4.Як він використовується в даній роботі?
5.Як впливає виштовхувальна сила повітря на точність визначення густини?
6.Одиниці густини в системі СІ і СГС і зв'язок між ними.
7.Вивести робочі формули для визначення густини твердого тіла та рідини.