- •Міністерство аграрної політики України Житомирський національний агроекологічний університет
- •Вступ до практикуму
- •Що включає самостійна домашня підготовка?
- •Як отримати дозвіл на виконання роботи?
- •Виконання роботи та фіксування результатів вимірювання
- •Як правильно оформити звіт?
- •Звіт має містити такі складові елементи:
- •Як захистити роботу?
- •1. Фізичні виміри, запис і обробка результатів вимірювань
- •Виміри і їх похибки
- •Обробка результатів при прямих вимірах
- •Обробка результатів непрямих вимірів
- •Запис результатів
- •Зображення експериментальних результатів на графіках
- •2. Лабораторна робота № 1 вивчення законів динаміки обертального руху Основні поняття кінематики і динаміки поступального руху твердого тіла
- •Основні поняття кінематики і динаміки обертального руху
- •Поняття про момент інерції
- •Основний закон динаміки обертального руху
- •Співставлення поступального та обертального рухів
- •Опис лабораторної установки
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •1. Визначення моменту інерції тягарця
- •2. Експериментальна перевірка основного закону динаміки обертального руху
- •Контрольні запитання
- •3. Лабораторна робота № 2 вивчення пружних властивостей твердих тіл Сили пружності у твердих тілах
- •Деформація розтягу і стиску
- •Деформація зсуву
- •Пружні властивості реальних тіл
- •Теорія методу і опис лабораторної установки
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Контрольні запитання
- •4. Лабораторна робота №3 Вивчення хвильових процесів Поширення механічних коливань у пружному середовищі
- •Рівняння біжучої хвилі
- •Швидкість звуку у газах
- •Стоячі хвилі
- •Експериментальна установка
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Визначення довжини біжучої хвилі у повітрі в замкнутому середовищі
- •Визначення швидкості біжучої хвилі
- •Визначення теоретичного значення швидкості біжучої хвилі у повітрі
- •Контрольні запитання
- •5. Лабораторна робота №4 визначення коефіцієнта в’язкості біологічної рідини Поняття про в'язкість рідин
- •Визначення коефіцієнта в’язкості за методом Стокса
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Опис установки
- •Загальні уявлення про електромагнітне поле
- •Поняття про електромагнітні хвилі
- •Загальне поняття про поляризацію електромагнітних хвиль
- •Поляризація світлової хвилі
- •Оптично активні речовини
- •Завдання роботи
- •Виконання роботи
- •Теорія методу і опис установки
- •1. Вивчення оптичної схеми і принципу роботи сахариметра
- •2. Визначення питомого обертання площини поляризації
- •3. Визначення концентрації цукру в розчині
- •Контрольні запитання
- •Список рекомендованої літератури
- •Додаток і
- •Додаток іі
Звіт має містити такі складові елементи:
1. Формулювання завдання роботи.
2. Робочі формули.
3. Таблиця значень вимірюваних величин.
4. Розрахунки шуканих величин та визначення абсолютної й відносної похибки для них.
5. Графіки.
6. Висновки.
Розрахунок результатів вимірювання, побудова графіків та оформлення звіту проводиться на лабораторній роботі, або за рамками лабораторних занять.
Як захистити роботу?
Загальні положення про захист лабораторної роботи такі:
до захисту роботи допускають студентів, які виконали роботу та здали правильно оформлений звіт;
захистом роботи є підтвердження студентом в бесіді з викладачем розуміння теоретичних положень, фізичних термінів, понять на тему роботи в обсязі, окресленому набором контрольних запитань, які приведені в кінці кожної роботи;
додаткові запитання, направлені на вияснення більш глибокого розуміння студентом фізичної суті явищ, можуть бути задані студентові для виставлення оцінки "добре" чи "відмінно".
1. Фізичні виміри, запис і обробка результатів вимірювань
В основі всіх природничих наук, в тому числі і фізики, лежать експериментальні вимірювання. Результати експериментів представляються найчастіше в формі чисел – числових значень фізичних величин. Ці числа показують у скільки разів величина, що вимірюється, більше або менше за іншу однорідну величину, значення якої приймається за одиницю.
Наприклад, маса тіла означає, що величина порівнюється з 1 кг і маса в 10,4 разів більше за 1 кг. Сила струму в електричному колі означає, що фізична величина порівнюється з і сила струму вдвічі менша за і т.п.
Отже, виміром називається процес порівняння величини, що вимірюється, з однорідною величиною, яка прийнята за одиницю вимірювання.
Провести виміри абсолютно точно не можливо принципово, оскільки при вимірюваннях обов’язково виникають похибки. Ці похибки можуть бути обумовлені або недостатньою точністю приладів, або умовами, при яких відбувається експеримент. Це призводить до того, що в результаті вимірювання отримують не істинне значення величини, а значення, яке в тій чи іншій мірі відрізняється від істинного. Тому, для отримання надійних числових значень фізичних величин, виникає необхідність статистичної обробки результатів вимірювання.
Методи, які використовуються при обробці результатів вимірювання, дозволяють дати оцінку істинному значенню і визначити похибку вимірювання.
Виміри і їх похибки
Виміри поділяють на прямі і непрямі.
Прямі виміри виконуються за допомогою приладів, які призначені для вимірювання саме цієї фізичної величини.
При непрямих вимірах приходиться обчислювати шукану величину за результатами вимірювань інших фізичних величин, які зв’язані з цією величиною функціональною залежністю.
Непрямими вимірами є, наприклад, наступні:
визначення густини речовини за масою і об’ємом тіла ( );
визначення опору резистора за напругою і силою струму у ньому ( );
визначення швидкості за величиною шляху, який пройдений за відомий час ( ) і т.п.
Якою б не була точність приладів, як би старанно не проводилися виміри, завжди мають місце похибки вимірювання. Вони обумовлені як об’єктивними, так і суб’єктивними факторами: обмежена точність приладів, зміна температури та вологості, стрибок напруги в електромережі в процесі проведення вимірювання, недосконалість експериментатора.
Похибки поділяють на систематичні, випадкові і грубі помилки. Перш за все слід сказати про грубі помилки. Наприклад, отримані наступні результати вимірювань в’язкості деякої рідини. Дослід проводився п’ять разів за однакових температурних умов. Результати обрахунків зведені в таблиці 1.1.
Таблиця 1.1
№ з/п |
, Па·с |
1 |
1,31 |
2 |
1,34 |
3 |
1,29 |
4 |
2,3 |
5 |
1,37 |
Зрозуміло, що результат, отриманий в четвертому досліді, суттєво відрізняється від інших. Цей результат є грубою помилкою. Такі помилки можуть виникнути за неуважності експериментатора при вимірах або при обрахунках. В інших випадках це може статися при виникненні несправності приладів. Тому треба обов’язково слідкувати за результатами вимірювань. Якщо встановлено, що виникла груба помилка, то такий результат необхідно відкинути, або ще раз повторити виміри.
Систематичні похибки обумовлені причинами, які однаково впливають на результат при всіх повторних вимірах. Вони можуть бути пов’язані з:
похибками приладів (стрілка вимірювального приладу не співпадає з нульовою позначкою шкали; нуль ноніуса мікрометра або штангенциркуля має зміщення відносно нульової мітки основної шкали);
методикою вимірювання – наприклад, не враховані деякі причини, які впливають на точність результату (вплив температури, контакт з іншими тілами і т.п.).
Систематичні похибки дають відхилення результату від істинного тільки в один бік (або в бік збільшення, або в бік зменшення). Завжди важливо оцінити систематичну похибку і відняти її від результатів вимірювання (або додати, якщо відхилення результату відбувається в бік зменшення).
Якщо повторювати одні і ті самі вимірювання декілька разів, можна побачити, що дуже часто їх результати не точно дорівнюють один одному. Вони «розкидані» навколо деякого середнього значення. Похибки, які змінюють величину і знак протягом експерименту, називають випадковими. Випадкові похибки обумовлені дією факторів, вплив яких неможливо повністю врахувати. Причиною випадкових похибок може бути коливання напруги в електромережі, похибка паралакса, коли при вимірюванні око експериментатора не знаходиться точно навпроти шкали приладу ( рис.1.2) і.т.п..
Випадкові похибки також можуть бути пов’язані з самим об’єктом, що вивчається. Наприклад, необхідно виміряти діаметр сталевого циліндра. Переріз циліндра не завжди буде мати ідеальну форму кола. Тому необхідно декілька разів провести виміри діаметра штангенциркулем в різних точках перерізу. Результати вимірювання ( ) можуть дещо відрізнятися, тобто вони містять випадкову похибку. Зрозуміло, що ця похибка обумовлена неточністю виготовлення об’єкту що досліджується (в даному випадку - циліндра).
Рис.1.2
Випадкові величини, до яких відносяться випадкові похибки, вивчаються в теорії ймовірностей і математичній статистиці. Ми розглядаємо без доведення тільки найпростіші правила, які необхідні для обробки результатів, отриманих в лабораторії.
Припустимо, що систематичні похибки малі і всі похибки вимірів випадкові. Це означає, що перед вимірюванням ми переконалися, що прилади справні, зміщення початкових положень відносно нульових позначок відсутнє. Величину випадкової похибки при одноразовому вимірюванні знайти неможливо. Тому, за результатами повторних вимірювань, здійснюється подальша статистична обробка отриманих результатів. Статистична обробка дозволяє по даним вимірювання обчислити найбільш імовірне значення виміряної величини і оцінити похибку вимірювання.