Лабораторная работа № 1 определение ошибок измерений

Цель работы: Знакомство с устройством штангенциркуля, микрометра, микро­скопа. Приобретение навыков использования этих приборов для измерения линейных размеров тел.

Приборы и оборудование: линейного нониуса, штангенциркуль, микрометр, измеритель­ный микроскоп, набор исследуемых тел.

Краткая теория

Существует большое количество типов приборов, служащих для определения линейных размеров тел. Измерение длин часто производится масштабной линей­кой. Величина наименьшего деления масштабной линейки называется ценой де­ления. Обычно 0,5мм. Для повышения точности измерения измерительный при­бор снабжают дополнительной шкалой, которую называют нониусом.

Линейный нониус.

Линейный нониус представляет собой небольшую линейку со шкалой; обыч­но m делений шкалы нониуса равна (m-1) деления основной шкалы прибора, на­пример, масштабной линейки. В (рис1.). Для случая, изображенного на рис.1, m=10.

Пусть а - цена деления нониуса, b - цена деления масштабной линейки, то­гда:

Величину, равную разности между ценой деления линейки и ценой деления нониуса, называют точностью нониуса.

Например, если цена деления масштаба Ь=1мм, то при т=10 точность нониу­са равна 0,1мм, а при т=20 - 0,05мм.

Измерение прибором, имеющим нониус, выполняют следующим образом: измеряемое тело помещают между нулевым делением шкалы масштаба и нуле­вым делением нониуса ( рис.2.) и производят подсчет числа целых делений шка­лы масштаба, укладывающихся между нулевыми штрихами, и находят номер штриха шкалы нониуса, который лучше других совпадает с каким-либо штрихом шкалы масштаба.

На рис.2 видно, что искомая длина тела L равна

Здесь к - число делений шкалы масштаба, укладывающихся в измеряемой длине; п - номер штриха нониуса, совпадающего с каким-либо штрихом шкалы масштаба. В самом деле:

Если Ь=1мм, m=20, то 20 (мм).

Штангенциркуль

Линейный нониус используется в инструменте, который называется штан­генциркулем.

Штангенциркуль (рис. 3) состоит из стальной линейки 1 с ценой деления 1мм и нониуса 2, который может перемещаться вдоль линейки. Линейка и нониус снабжены упорами 3 и 4. Когда упоры соприкасаются, нулевые штрихи шкалы линейки и шкалы нониуса должны совпадать друг с другом. Для того, чтобы из­мерить длину предмета, его необходимо поместить между упорами, которые сдвигают до соприкосновения с предметом (без сильного нажима) и закрепляют винтом 5. После этого производят отсчет по линейке и шкале нониуса. Длину предмета вычисляют по соответствующей формуле:

Микрометр.

Микрометр (рис.4) состоит из двух основных частей: скобы 1 и микрометри­ческого винта 2.

Микрометрический винт представляет собой стержень, снабженной точной винтовой нарезкой. Он ввинчивается в отверстие скобы с внутренней нарезкой. На микрометрическом винте закреплен полый цилиндр (барабан) 3 со шкалой. При вращении микрометрического винта барабан перемещается вдоль линейной шкалы, нанесенной на стебле 4. Величина поступательного передвижения винта при повороте его на один оборот называется шагом винта.

В микрометрах используются микрометрические винты, у которых шаг равен 0,5 мм. Эти шкалы сдвинуты относительно друг от друга на 0,5мм. Цифры про­ставлены около делений нижней шкалы (рис 5). Шкалы барабана содержат 50 де­лений. При шаге винта 0,5 мм цена деления шкалы барабана равна 0,01мм.

При измерении предмет помещают между упорами 5 и 6. вращая микромет­рический винт, добиваются того, чтобы измеряемый предмет был зажат между упорами. Для уменьшения ошибки связанной с сильным и неодинаковым в раз­личных опытах сжатием измеряемого предмета, микрометр снабжен специальной головкой (трещоткой), позволяющей создавать при измерениях небольшое, оди­наковое во всех опытах, давление на исследуемый объект.

Отсчет производится следующим образом: по нижней шкале стебля опреде­ляют число целых мм, а пол шкале барабана - число сотых мм.

Далее, если между краем барабана и последним из наблюдаемых штрихов нижней шкалы виден штрих верхней шкалы, к полученному результату прибавляют 0,05мм. Таким образом, в случае, представленном на рис.5, измерения длин­на равна 12,75мм.

Примечание: запрещается вращать микрометрический винт за барабан, т.к. в этом случае он может быть выведен из строя.

Измерительный микроскоп.

Измерением размеров малых тел можно производить с помощью специаль­ного микроскопа, снабженной прозрачной линейкой, изображение которой нахо­дится на фокальной плоскости окуляра.

Измерительный микроскоп (рис. 6) состоит из подвижного тубуса 1, который вставлен в корпус 2. на тубусе нанесена миллиметровая шкала с приделами -130мм... 190мм. В обе части тубуса вставлен окуляр 3 с прозрачной шкалой (ли­нейкой). В верхнюю часть микроскопа ввинчен объектив 4. подвижный тубус по­зволяет изменять расстояние между окуляром и объективом. Это приводит к из­менению цены деления шкалы окуляра. В таблице приведены значения цены деления окулярной шкалы при различной длины тубуса.

Длина тубуса мм	Цена деления шкалы окуляра, мм/дел
130	0,056 0,043
140	0,053 0,039
150	0,049 0,036
160	0,045 0,033
170	0,041 0,030
180	0,038 0,028
190	0,036 0,027

При определении линейных размеров тел подсчитывают число делений шкалы окуляра, укладывающихся в его изображении, и умножают на цену деления шкалы:

L = α * n

Точность измерения равна цене деления окулярной шкалы. Она возрас­тает с увеличением длины тубуса микроскопа.