Лабораторна робота № 1.1 „Експериментальне визначення густини речовини”.
Мета роботи : ознайомитись з прямими i посередніми вимірюваннями найбільш поширених фізичних величин (лiнiйнi розміри, об`єм, маса тіл, густина речовини), вивчити порядок обробки результатів вимірювань i обчислення похибок.
Теоретичні відомості та обґрунтування методики.
Густина речовини - це фізична величина, яка дорівнює масі речовини в одиниці об`єму тіла. Якщо маса розподілена в об`ємі рівномірно, то для обчислення густини необхідно поділити масу тіла m на його об`єм V :
(1.1.1)
У випадку неоднорідної речовини ця формула дає середню густину по об`єму тіла. Прикладами такого розподілу маси можуть бути злиток металу з порожниною, сплав важкого i легкого металів і т.ін. Для того, щоб одержати в таких випадках розподіл речовини в об’ємі тіла, визначають густину в малому об’ємі V поблизу обраної точки. Для цього розглядають фізично малий об`єм ΔV, в якому розподіл речовини можна вважати приблизно однорідним, i далi, вимірюючи масу m у цьому об`ємі, обчислюють густину. Математично це можна записати як фізичну похідну
(1.1.2)
Визначену таким чином густину називають локальною.
В роботі слід експериментально визначити середню густину речовини, з якої зроблено тіло правильної геометричної форми (куля, прямий циліндр, паралелепіпед). Як це випливає з формули ( 2 ), необхідно зважити тіло i визначити його об`єм. Для тіл правильної геометричної форми об`єм можна обчислити за формулами :
куля
циліндр
(1.1.3)
паралелепіпед
Зауважимо, що вимірювання маси i лінійних розмірів тіл - це прямі вимірювання, а об’єму i густини - посередні.
Порядок вимірювання та розрахунків.
Готуємо таблицю для запису результатів прямих вимірювань, форма якої залежить від обраного тіла.
Визначаємо масу тіла один раз на терезах i результат заносимо до таблиці.
Вимірюємо лiнiйнi розміри тіл 5 разів i результати заносимо до таблиці. Так, для прямокутного паралелепіпеда це довжина a, ширина b, висота c, для циліндра – висота H, діаметр D, для кулі – діаметр D.
Обчислюємо їх середні значення, середню квадратичну i відносну похибки.
Обчислюємо середнє значення густини речовини та середню квадратичну похибку густини. Для розглядуваних тіл формули для розрахунку середньої квадратичної похибки густини виглядають так :
у випадку прямокутного паралелепіпеда
,
у випадку циліндра
,
у випадку кулі
.
Записуємо остаточний результат у вигляді = <> <>, = …
Слід обов’язково зазначити, що вимірювання можна проводити в будь – яких одиницях вимірювання, але при проведенні розрахунків та при записуванні остаточного результату необхідно дотримуватись одиниць вимірювання СІ (в механіці основні одиниці – кілограм (кг), метр (м), секунда (с)). Якщо можливо, в таблиці густини речовин знаходимо матеріал, з якого виготовлене тіло.
Робимо висновки, де вказуємо, що і як в даній роботі вимірювали, що розрахували, який одержали остаточний результат, якщо вдалося, вказуємо матеріал, з якого виготовлене тіло.