Определение объема тела цилиндрической формы

Цель работы – на достаточно простом примере научиться проводить измерения физической величины, обрабатывать и представлять результаты прямых и косвенных измерений.

Объем цилиндра рассчитывается по формуле

V = π d² h/4 , (_*)

где d – диаметр основания и h – высота цилиндра.

Следовательно, объем тела цилиндрической формы можно определить из косвенного измерения, произведя прямые измерения диаметра и высоты.

Обработка и представление результатов прямых измерений

Так как у реального цилиндрического тела значения d и h, измеренных в разных местах и направлениях, могут оказаться разными, то следует произвести многократные измерения диаметра и высоты для нескольких сечений цилиндра. Если результаты многократных измерений получатся разными, то следует произвести их статистическую обработку в соответствии с п. В.2. Предстоит определить средние значения d и h, среднеквадратичные отклонения S_d и S_h, доверительные погрешности _d и _h (доверительную вероятность следует выбирать близкую к 100 %).

В качестве измерительного прибора в данной работе Вы будете использовать линейку или штангенциркуль. Прибор позволит Вам измерить диаметр и высоту цилиндра. Приборная погрешность δ линейки и штангенциркуля определяется ценой деления. Приступая к измерениям, Вам необходимо определить цену деления измерительного прибора.

Доверительные погрешности _dи _h , полученные в результате статистической обработки, следует сравнить с приборной погрешностью δ. Если, например, большим оказывается значение _d , то результат многократных прямых измерений диаметра представляется в виде

d ± _d ( n = ... , P = ... ) .

Если выполняется условие δ > _d , то результат представляется в виде

d ± δ .

В последнем случае считается, что все имеющиеся случайные погрешности перекрываются погрешностью прибора. Именно в такой ситуации можно ограничиваться однократным измерением.

Обработка и представление результатов косвенного измерения

Возможны два варианта обработки и представления результатов косвенного измерения объема.

I. По результатам многократных измерений d и h производятся многократные вычисления значений объема V. После этого производятся статистическая обработка и представление результатов в соответствии с п. В.2 в форме

V ± ∆_V ( n = ... , P = ... ) .

II. Производится оценка среднего значения V путем подстановки средних значений d и h в формулу для вычисления объема. Оценка погрешности _V производится в соответствии с формулой (В.7), учитывающей связь погрешностей прямых и косвенных измерений. Результат представляется в форме

V ± _V .

Строго говоря, варианты в общем случае дают разные результаты как для средних значений, так и для погрешностей величин, определяемых с помощью косвенных измерений. Но если погрешности существенно меньше самих величин, то результаты оказываются достаточно близкими.

На практике чаще используется второй вариант, позволяющий сэкономить время на многократных вычислениях. А в том случае, когда прямые измерения являются однократными, это единственно возможный подход. Поэтому именно второй вариант представления результатов косвенных измерений Вам предстоит использовать в этой и в последующих лабораторных работах.