- •Содержание
- •Введение
- •Общие указания к выполнению лабораторных работ
- •Правила оформления отчета по лабораторным работам.
- •Требования к допуску, выполнению и защите лабораторных работ.
- •Лабораторная работа 1–01 “Изучение основных измерительных приборов и определение линейных размеров твердых тел”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений:
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1–02 “Определение плотности образца и вычисление погрешностей косвенных измерений”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-03 “Изучение погрешностей измерения ускорения свободного падения с помощью математического маятника”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-04 “Статистическая обработка результатов эксперимента. Случайные погрешности результатов наблюдений интервалов времени”
- •Методика измерений
- •Контрольные вопросы.
- •Используемая литература.
- •Лабораторная работа 1-05“Исследование упругого соударения шаров”
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения лабораторной работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 1-06 “Определение коэффициента трения твердых тел”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Лабораторная работа 1-07 “Определение момента инерции тела с помощью наклонной плоскости”.
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-08 “Исследование динамики вращательного движения на маятнике Обербека”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть.
- •Методика измерения
- •Замечание 1: погрешность времени рассчитывается по стандартной методике расчета погрешностей случайной величины:
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-09 “Определение момента инерции маховика”.
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемые литература
- •Лабораторная работа 1-10 “Маятник Максвелла”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Расчёт погрешностей:
- •Контрольные вопросы:
- •Используемая литература:
- •Лабораторная работа 1-11 “Изучение характеристик механического гироскопа”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Экспериментальная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-12 “Определение коэффициента вязкости воздуха капиллярным методом”
- •Теоретическое введение
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-13 “Определение динамического коэффициента вязкости”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-14 “Определение коэффициента вязкости жидкости по методу Пуазейля”
- •Теоретическое введение
- •Методика определения
- •Лабораторная установка
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы.
- •Используемая литература.
- •Лабораторная работа 1-15 “Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса”.
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Метод определения
- •Порядок выполнения работы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-16 “Определение модуля Юнга методом прогиба”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная установка
- •Методика измерений
- •Контрольные вопросы.
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-17 “Изучение упругой деформации растяжения”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Лабораторная установка
- •Методика измерения
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-18 “Изучение свободных колебаний пружинного маятника”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Описание установки
- •Контрольные вопросы.
- •Лабораторная работа 1-19 “Изучение колебаний физического маятника”
- •Теоретическое введение
- •По второму закону Ньютона для вращательного движения маятника:
- •Экспериментальная часть
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-20 “Определение коэффициента трения качения методом исследования колебаний наклонного маятника”
- •Теоретическое введение
- •Методика измерения
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-21 “Измерение момента инерции тела методом крутильных колебаний”
- •Теоретическое введение Движение твердого тела с закрепленной осью.
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-22 “Определение отношения удельных теплоемкостей для воздуха методом адиабатического расширения”
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-23 “Определение отношения акустическим методом”
- •Экспериментальная часть
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-24 “Определение теплоемкости твердых тел”
- •Теоретическое введение
- •Методика измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерений
- •Контрольные задания
- •Используемая литература
- •Лабораторная работа 1-25 “Определение изменения энтропии при нагревании и плавлении олова“
- •Теоретическое введение
- •Экспериментальная часть
- •Порядок выполнения работы
- •Обработка результатов измерения
- •Контрольные вопросы
- •Используемая литература
- •Библиографический список
- •Приложения Справочные материалы
Экспериментальная часть
Приборы и оборудование: линейка, штангенциркуль, микрометр, образцы.
Масштабная линейка представляет собой прямоугольную пластинку с нанесенными на ней миллиметровыми делениями. При этом ширина штриха находится в пределах 0.08-0.15 мм. Допускаемая погрешность самой длины линейки нормируется стандартом:
до 300 мм составляет |
0,10 мм |
до 500 мм |
0,15 мм |
до 1000 мм |
0,20 мм |
При измерении длины предмета масштабной линейкой (например с ценой деления 1 мм) считают верными цифры, обозначающие число целых делений. Максимальная ошибка не превосходит половины цены деления линейки, т.е. 0,5.
Чтобы измерить длины с большей точностью пользуются приборами с нониусом: штангенциркулем и микрометром.
Нониус – это дополнительная шкала, позволяющая более точно отсчитывать доли наименьшего деления основной шкалы. При использовании нониуса можно повысить точность измерений с данным масштабом в 10-100 раз.
Линейный нониус состоит из двух перемещающихся одна относительно другой линеек с нанесенными на них шкалами: основной масштабной шкалой и дополнительной шкалой нониуса.
Разберем общие принципы устройства нониусов, которые можно применять и к угловым нониусам.
Одно деление шкалы нониуса меньше, чем одно или несколько (например ) делений основного масштаба на часть деления основного масштаба ( – целое число). Наиболее часто используются нониусы, содержащие 10 и 20 делений.
Точностью нониуса называют величину , равную отношению цены наименьшего деления основного масштаба к числу делений нониуса . Цену делений основного масштаба либо указывают на самом приборе, либо легко определяют по цифрам, нанесенным на шкале основного масштаба.
Для десятичного нониуса , мм, , вся длина шкалы нониуса, т.е. 10 его делений будут равны:
мм.
Десятичный нониус дает возможность измерять длину с точностью до 0,1 деления основного масштаба, он является самым простым. Шкала нониуса разбита на 10 равных делений (рис.1.1).
Рис.1.1
Если нулевой штрих нониуса совпадает с каким либо штрихом масштаба (то совпадает и десятый штрих), но остальные штрихи нониуса не совпадают со штрихами масштаба (см. рис.1.1). Если же нулевой штрих не совпадает с масштабным, то найдется такой штрих шкалы нониуса, который совпадает с каким-либо штрихом основного масштаба ( или они будут находится на наименьшем расстоянии, чем другие). В случае изображенном на рис.1.2 точно с масштабным штрихом совпадает третий штрих нониуса.
Рис.1.2
Второй штрих слева будет отстоять от масштабного штриха на 0,1 мм. Следующий штрих не будет совпадать с масштабным на 0,2 мм, а нулевой штрих нониуса не совпадает с масштабным уже на 0,3 мм. Следовательно, для нахождения десятых долей при помощи десятичного нониуса нужно номер “совпадающего” деления нониуса умножить на 0,1. Общая длина измеряемого отрезка на рис.2 будет равна 10,3мм.
Штангенциркуль (рис. 1.3) состоит из линейки 1 (штанги) с миллиметровыми делениями и подвижной рамки 2 с нониусом и закрепляющим винтом 4. На штанге и рамке имеются ножки 5 и 6, которые с внутренней стороны имеют плоские поверхности.
Рис. 1.3
При сомкнутых вместе ножках штангенциркуля отсчет по нониусу равен нулю. Измеряемый предмет помещается между ножками (при этом нужно избегать перекоса). При измерении штангенциркуль берут в правую руку, а измеряемый предмет придерживают левой рукой.
Часто штангенциркули снабжают еще одной рамкой с закрепляющим и микрометрическим винтами. Для более точного отсчета измерения можно производить следующим образом. Измеряемый предмет слегка зажимают ножками. Затем закрепляют винт 4 и производят отсчет по нониусу.
Для измерения внутренних размеров пользуются специально отшлифованными концами ножек 5 и 6, толщина которых известна и нанесена на них (в мм). В этом случае к отсчету по нониусу следует прибавить толщину ножек.
В некоторых конструкциях штангенциркулей имеется соединенная с рамкой рейка, используемая для измерения глубины отверстий.
Микрометр (рис. 1.4) состоит из скобы 1 с упором 2 и трубкой (стеблем) 3. В трубке имеется внутренняя резьба, в которую ввинчен микрометрический винт 4, с закрепленным на нем барабаном 5. На конце барабана имеется фрикционная головка (трещотка) 6.
Рис. 1.4
Действие микрометра основано на свойстве винта совершать при повороте его поступательное перемещение, пропорциональное углу поворота. При измерении предмет зажимают между пяткой и микрометрическим винтом. Для вращения барабана при этом пользуются фрикционной головкой. При определенной степени нажатия головка начинает проскальзывать и выдавать характерный треск. Этим приемом микрометрический винт предохраняется от порчи.
На трубке 3 нанесены деления основной шкалы. Барабан 5 при вращении винта перемещается вдоль трубки. На барабане нанесена добавочная шкала. В микрометрах МК-25 шаг микрометрического винта 0,5 мм(т.е. это смещение барабана вдоль основной шкалы за один полный оборот барабана). При этом половинные деления, чтобы не загромождать шкалу, располагаются над прямой линией основной шкалы (рис. 1.5). Шкала барабана разбита на 50 делений. Цена деления барабана равна 0,01 мм (т.е. поворот барабана на одно деление соответствует продольному перемещению винта на 0,01 мм).
Рис.1.5
Следует учесть, что последующее деление основной шкалы начинает показываться из-под края барабана несколько раньше момента прохождения нулевого деления шкалы барабана мимо продольной черты основной шкалы. Поэтому в случае, когда отсчет по барабану немного не доходит до 50, то начавшее появляться деление основной шкалы не следует принимать во внимание.
Перед началом работы с микрометром следует убедиться в его исправности. Перед измерением следует также проверить нулевую точку микрометра. Если при соприкосновении винта 4 с упором 2 против нулевого деления шкалы стоит ненулевое деление барабана, то следует учитывать эту систематическую ошибку прибора. Если отклонение велико, то микрометр требует регулировки.