РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ГЕОЛОГОРАЗВЕДОЧНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ СЕРГО ОРДЖОНИКИДЗЕ

КАФЕДРА ТЕХНИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ

И ФИЗИКИ ГОРНЫХ ПОРОД

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО КУРСУ

МЕХАНИКА И МОЛЕКУЛЯРНО – КИНЕТИЧЕСКАЯ ТЕОРИЯ

Авторы: Вертоградский В.А., Дмитриева Т.А., Венецкая Т.С.,

Несынов Ю.В., Пименов В.П., Попов Ю.А., Скворцов Л.А.

Научное редактирование: проф. Вертоградский В.А.,

зав. кафедрой, проф. Попов Ю.А.

2009

Данное методическое руководство разработано для студентов геофизического и гидрогеологического факультетов всех специальностей дневного, вечернего и заочного отделений, а также студентов групп ЭКО дневного отделения.

Руководство является первой частью комплекса методических рекомендаций к лабораторным работам по курсу «Физика», разработанного на кафедре «Техническая физика и физика горных пород» для студентов указанных специальностей.

Эти материалы имеют целью привить студентам основные навыки самостоятельной исследовательской деятельности с использованием новейшего физического оборудования, методов обработки результатов эксперимента, с применением вычислительной техники и современной научно-технической терминологии.

Руководство построено таким образом, что при выполнении лабораторных работ предусматривается знакомство студентов с лекционными материалами и учебной литературой, указанной в ссылках к методическим рекомендациям.

Руководство ориентирует студентов на то, чтобы для обработки экспериментальных данных они активно использовали персональные компьютеры. Для получения соответствующих навыков работы студенты 1-го курса прослушивают вводные лекции, а в дальнейшем получают консультации преподавателей. В течение всего курса обучения студентам предоставляется возможность практической работы в компьютерных классах РГГРУ.

Это 2-е, переработанное, издание данного учебного пособия.

СОДЕРЖАНИЕ

стр

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

Лабораторная работа № I - 1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОГРЕШНОСТЕЙ ПРЯМЫХ И КОСВЕННЫХ

ИЗМЕРЕНИЙ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

Лабораторная работа № I - 2

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ

С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ МАЯТНИКОВ . .. . . . . . . . . . . . . . . . . 22

Лабораторная работа № I - 3

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ ВРАЩАТЕЛЬНОГО ДВИЖЕНИЯ . . . . . . . . . . . . . . . 35

Лабораторная работа № I - 4

ИЗМЕРЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ МАЯТНИКА ОБЕРБЕКА . . . . . . . . ..47

Лабораторная работа № I - 5

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПОЛЕТА ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ

БАЛЛИСТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 57

Лабораторная работа № I - 6

ИЗМЕРЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО ПАДЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ

ПРИБОРА АТВУДА . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62

Лабораторная работа № I - 7

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА . . . . . . . . . . . . . . . . . . .71

Лабораторная работа № I - 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТОВ ИНЕРЦИИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ

НА ОСНОВЕ МАЯТНИКА МАКСВЕЛЛА . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78

Лабораторная работа № I - 9

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО НАТЯЖЕНИЯ 85

Лабораторная работа № I - 10

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕКВАДРАТИЧЕСКОЙ СКОРОСТИ

ДВИЖЕНИЯ МОЛЕКУЛ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 91

МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

ФИЗИЧЕСКОГО ЭКСПЕРИМЕНТА

В руководстве содержатся рекомендации по обработке результатов физического эксперимента в условиях лабораторного практикума.

1. Основные термины и определения

Термины	Определения	Примеры, пояснения
Средство измерений (измерительное средство – ИС)	Техническое средство, используемое при измерениях; оно должно иметь нормированные технические характеристики	Например: штангенциркуль, амперметр, другие меры а также скомпонованные из них измерительные системы
Измерение физической величины или параметра	Совокупность действий, выполняемых при помощи ИС с целью нахождения численного значения измеряемой величины - в соответствующих единицах измерения	В процессе измерений происходит сравнение измеряемой величины с другой величиной, принятой за единицу
Результат измерений	Значение физической величины или параметра, найденное ее измерением	При получении результата на основании серии наблюдений – то есть нескольких однотипных повторных измерений - за результат принимается среднее арифметическое значение серии
Прямое измерение	Измерение, при котором значение величины находят непосредственно из опыта	Например: измерение временного интервала секундомером, длины - линейкой, силы тока – амперметром
Косвенное измерение	Измерение, при котором значение величины находят из совокупности прямых измерений - на основании известной зависимости между искомой величиной и непосредственно измеряемыми величинами	Например: определение сопротивления проводника на основании прямых измерений силы тока и напряжения
Абсолютная погрешность результата измерений	Разность между результатом измерения и истинным значением измеряемой величины	Эта погрешность выражается в тех же единицах, что и измеряемая величина. Поскольку истинное значение измеряемой величины неизвестно, имеется возможность только рассчитать приближенную оценку погрешности
Относительная погрешность результата измерений	Отношение абсолютной погрешности измерения к истинному значению измеренной величины. Эта погрешность может быть выражена или в долях или в процентах	Эта величина полезна для сравнения точности измерений разнородных физических величин
Систематичес-кая погрешность	Погрешность, которая не меняется в процессе эксперимента или является не изменяющейся во времени функцией посторонних воздействий	Например: смещение стрелки амперметра относительно нулевого значения при отсутствии тока в цепи прибора
Случайная погрешность	Непредсказуемая по знаку и по значению погрешность; ее значение меняется под влиянием факторов, которые в конкретном эксперименте не поддаются контролю	Например: погрешности вследствие нестабильности сетевого напряжения, температуры или вибраций в помещении.
Приборная погрешность (погрешность ИС)	Погрешность измерения, обусловленная метрологическими характеристиками ИС. Она имеет систематическую и случайную составляющие.	Приборная погрешность обычно задается ее предельной величиной – в соответствии с классом точности ИС
Класс точности ИС	Характеристика, определяющая гарантированные границы погрешности ИС.	Класс точности ИС, выраженный в процентах, обычно указывается на шкале прибора
Промах, грубая погрешность	Погрешность, проявляющаяся в резком отличии отдельных результатов измерений от совокупности других измерений	Такая погрешность, возникает из-за неисправности ИС, небрежности или ошибки экспериментатора