ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Во время выполнения работы студенту необходимо вести протокол измерений. В протокол заносятся непосредственные результаты измерений без какой-либо промежуточной обработки. Там же изображается рабочая схема установки, данные об измерительных приборах, их постоянные и т.д.

В протоколе должны фиксироваться не только окончательные результаты, но и результаты пробных, неудавшихся измерений и т.п. Желательно заносить в протокол и все возникшие в ходе работы соображения о возможных улучшениях методики измерения, о помехах, неисправностях и т.д.

Протокол не является окончательным, оформленным результатом работы, но он является единственным документом, по которому эти окончательные результаты могут быть получены.

Протокол ведется таким образом, чтобы по нему можно было восстановить весь ход работы. Записи в протоколе должны вестись чернилами. В большинстве случаев показания приборов следует заносить в заранее составленные студентами таблицы. Такой способ записи помогает лучше усвоить последовательность измерений при подготовке к работе, а при выполнении работы придает ей большую четкость, избавляет от нерациональных операций.

После выполнения работы протокол следует подписать у преподавателя. Оформить отчет.

ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ ПО МЕХАНИКЕ

Лабораторная работа №1

ИЗМЕРЕНИЕ ЛИНЕЙНЫХ РАЗМЕРОВ ТЕЛ.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ИХ ОБЪЕМОВ И ПЛОТНОСТИ.

Цель работы: научиться проводить измерения линейных размеров тел c помощью штангенциркуля и микрометра, ознакомиться с работой нониуса и изучить методики расчета погрешностей при прямых и косвенных измерениях.

Принадлежности: штангенциркуль, микрометр, электронные весы, брусок в форме параллелепипеда, кольцо или цилиндр.

Контрольные вопросы для допуска к выполнению работы

1. Что называется нониусом? Какие приборы снабжены шкалой нониуса?

2. В каких случаях следует пользоваться штангенциркулем, в каких – микрометром?

3. Что такое цена деления? Как определить цену деления нониуса?

4. Что такое точность и погрешность прибора?

5. Назовите основные части штангенциркуля и микрометра?

6. Как устроена шкала микрометра?

7. Для чего служит трещотка микрометра?

8. Как измерить внутренний диаметр штангенциркулем?

9. Какие ошибки называются систематическими и случайными?

10. Что такое промахи?

11. Как определяется среднее арифметическое значение измерений?

12. Какие измерения в данной работе являются прямыми, а какие косвенными?

13. Какова последовательность обработки результатов прямых измерений?

14. Что называется абсолютной погрешностью измерений?

15. Что называется относительной погрешностью измерений?

16. Как округляется абсолютная и относительная погрешность?

17. Как рассчитывается погрешность косвенных измерений в вашей работе?

18. Какие цифры называются значащими, сомнительными, верными?

19. Как записывают окончательный результат физических измерений?

20. Расскажите порядок выполнения работы.

 

ВВЕДЕНИЕ

Измерения линейных размеров и масс тел являются важнейшими в механике. Для измерения линейных величин пользуются различными приборами и инструментами. Поэтому знакомство с техникой измерений в физике с таких приборов как измерительные линейки и весы.

Измерения длины производят масштабными линейками. Величина наименьшего деления масштабной линейки равна 1 мм и называется ценой её деления. Когда требуемая точность измерений измерения составляет десятые или сотые доли миллиметра, то пользуются масштабной линейкой с вспомогательной шкалой – нониусом.

Нониусомназывается специальная шкала, дополняющая обычный масштаб и позволяющая повысить точность измерений в 10-20 раз, т.е. измерить линейный размер с точностью до десятых и сотых долей миллиметра. Наибольшее распространение получили нониусы с точностью отсчета 0, 1, 0, 05 и 0, 02 мм.

Считается, что принцип нониуса был изобретён известным персидским ученым Авиценной (Абу Али ибн Синой) более тысячи лет назад. Название " нониус" это устройство получило в честь менее известного португальского математика П. Нуниша (1502 - 1578), который изобрёл первый измерительный прибор, использующий принцип, предложенный Авиценной. Современная конструкция шкалы была предложена в 1631 году французским математиком Пьером Вернье, в честь которого шкалу нониуса иногда называют " верньер".

Нониус имеет оригинальное конструктивное решения - на нем, как и на основной шкале нанесены 10 делений, обозначающих 1 мм каждое, но на шкале нониуса эти деления намеренно выполнены с погрешностью, равной требуемой точности измерения инструмента. Т. е. если на основной шкале 10 делений соответствуют 10 мм, то на шкале нониуса, рассчитанной на точность измерения 0, 1 мм, 10 делений будут соответствовать 9 мм. Часто встречаются нониусы, у которых шкала состоит из 20 делений, а наименьшим делением масштаба является 1 мм. Очевидно, что точность такого нониуса 0, 05мм.

Точность нониуса определяет его максимальную погрешность.

Нониусами снабжают штангенциркули и микрометры.

I. Штангенциркуль

Рис. Штангенциркуль ШЦ-II — с точностью отсчета по нониусу 0, 05 мм

Штангенциркуль представляет собой масштабную линейку, с одной стороны которой имеется неподвижная губка или ножка. Вторая губка или ножка имеет нониус и может перемещаться вдоль масштабной линейки. Если губки штангенциркуля сведены вместе, то нули масштаба и нониуса совпадают.

У штангенциркуля ШЦ-II шкала нониуса длиной 39 мм разделена на 20 равных частей. Поэтому одно деление нониуса меньше двух делений штанги на 0, 05 мм.

На шкале нониуса указаны числа: 0; 25; 50; 75; 1. Совпадение штриха (черточки) какого-либо числа со штрихом шкалы штанги указывает на сотые доли миллиметра. Каждый штрих шкалы нониуса имеет свою величину. Для ясности покажем шкалу нониуса увеличенной и обозначим числами каждый штрих.

 

Рис. Шкала нониуса штангенциркуля

Промежуточные числа между 0 и 25; 25 и 50; 50 и 75; 75 и 1 не проставляют на штангенциркуле, их надо подразумевать при чтении показаний.

Правила определения величины измеряемого тела при помощи штангенциркуля:

1. Измеряемое тело помещают строго между губками штангенциркуля.

2. Для точной установки подвижной рамки пользуются зажимом и винтом рамки.

3. Затем по масштабу между нулем масштаба и нулем нониуса отсчитывают количество целых миллиметров. Десятые доли миллиметра определяют по делению нониуса, совпавшему с делением масштабной линейки.

Рассмотрим на примере, как используют штангенциркуль.

Рис. Результат измерения штангенциркулем

 

На представленном рисунке по масштабной линейке определяем количество целых миллиметров от нуля масштабной шкалы до нуля шкалы нониуса N = 18 мм. Затем ищем первое совпадение штрихов шкалы нониуса и масштабной линейки M = 7, определяем цену деления шкалы нониуса k=0, 05 мм. Находим искомую величину L по формуле:

L = N + M·k

L = 18 мм + 7·0, 05 мм = 18, 35мм

Предназначен штангенциркуль для наружных, внутренних измерений и разметки. Внутренняя часть губок служит для измерения наружных размеров, а внешняя часть для измерения внутренних размеров. Во втором случае губки опускают в измеряемую трубку и раздвигают до соприкосновения их со стенками трубки, а затем производят отсчет точно так же, как и при измерении внешних размеров тел.

II. Микрометр

Микрометр позволяет измерять внешние размеры предметов, но значительно более мелкие (до 25 мм), чем штангенциркуль. Микрометрами удобно измерять, например, диаметр проволоки, тонкие пластинки небольшой площади и т.п. Типичный микрометр изображен на рис.

Рис. Микрометр — с точностью отсчета по нониусу 0, 01 мм

Он имеет вид тисков, в которых измеряемый объект зажимается с помощью микрометрического винта.

Пользуются микрометром так: измеряемый предмет помещают между торцом микрометрического винта и пяткой. При вращении барабана от себя микрометрический винт приближается к заготовке. Вращают барабан при помощи трещотки, звук которой предупреждает о плотном зажатии измеряемой заготовки между пяткой и торцом микрометрического винта. По линейной шкале отсчитывают миллиметры, а по шкале барабана – сотые доли миллиметра.

Стебель со шкалой имеет деления и числа 0; 5; 10; 15; 20; 25. Таким микрометром можно измерить деталь величиной до 25 мм. На шкале барабана нанесено 50 делений. При повороте барабана на одно деление винт микрометра перемещается на 0, 01 мм.

Правила определения величины измеряемого тела при помощи микрометра:

1. Измеряемый предмет помещают между торцом микрометрического винта и пяткой.

2. Вращают барабан от себя и микрометрический винт приближается к заготовке. Вращают барабан при помощи трещотки, звук которой предупреждает о плотном зажатии измеряемой заготовки между пяткой и торцом микрометрического винта.

3. По линейной шкале отсчитывают миллиметры, а по шкале барабана – сотые доли миллиметра.

4. На стебле нанесена двойная шкала. Верхняя её часть сдвинута относительно нижней на 0, 5 мм. Поэтому по линейной шкале мы можем определить следующие значения в миллиметрах: 1мм, 1, 5 мм, 2мм, 2, 5 мм и т.д.

Рассмотрим на примере, как используют микрометр.

Рис.Результат измерения микрометром

В первом примере по шкале стебля мы видим величину N = 0 мм, Указатель стебля показывает количество делений на барабане, т.е. по шкале нониуса M = 24, цена деления шкалы нониуса k = 0, 01 мм

Находим искомую величину L по формуле:

L = N + M·k

L = 0 мм + 24·0, 01 мм = 0, 24мм

Во втором примере:

L = N + M·k

L = 8 мм + 27·0, 01 мм = 8, 27мм

В третьем примере:

L = N + M·k

L = 33, 5 мм + 18·0, 01 мм = 33, 18мм

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ

Задание № 1

Измерить линейные размеры параллелепипеда – длину (l), ширину (d) и высоту (h). Определить его объем (V) и плотность (ρ ).

Не забываем, что крупные размеры измеряем штангенциркулем, маленькие – микрометром.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Измерить стороны параллелепипеда: длину, ширину, высоту (прямые измерения). Измерения произвести не менее 5 раз для каждого линейного размера.

2. Результаты измерений занесите в предложенную таблицу.

Таблица

№ п.п. измерения	l, мм	Δ l, мм	ε l , %	d, мм	Δ d, мм	ε d , %	h, мм	Δ h, мм	ε h, %
Среднее значение

3. Вычислите средние значения измеряемых величин, абсолютную и относительную погрешности. И так же занесите в таблицу.

4. Вычислите средний объем (косвенное измерение) параллелепипеда по формуле:

V_ср. = l_ср. h_ср. d_ср.

5. Вычислите относительную, а затем и абсолютную погрешность объема (см. Введение).

6. Запишите окончательный результат измерений объема (см. Введение).

7. Произведите измерение массы тела на электронных весах. Погрешность измерения весов – 0, 1 г.

8. Вычислите среднее значение плотности параллелепипеда по формуле:

9. Вычислите относительную, а затем и абсолютную погрешность плотности (см. Введение).

10.Запишите окончательный результат измерений плотности (см. Введение).

11.По приведенной в приложении таблице плотности определите, из какого вещества сделан параллелепипед.

Задание № 2

Измерить линейные размеры цилиндра – диаметр (D) и высоту (h). Определить его объем (V) и плотность (ρ ).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Измерить линейные размеры цилиндра: диаметр и высоту (прямые измерения). Измерения произвести не менее 5 раз для каждого линейного размера.

2. Результаты измерений занесите в предложенную таблицу.

Таблица

№ п.п. измерения	D, мм	Δ D, мм	ε D , %	h, мм	Δ h, мм	ε h, %
Среднее значение

3. Вычислите средние значения измеряемых величин, абсолютную и относительную погрешности. И так же занесите в таблицу.

4. Вычислите средний объем (косвенное измерение) цилиндра по формуле:

_.

5. Вычислите относительную, а затем и абсолютную погрешность объема (см. Введение).

6. Запишите окончательный результат измерений объема (см. Введение).

7. Произведите измерение массы тела на электронных весах. Погрешность измерения весов – 0, 1 г.

8. Вычислите среднее значение плотности цилиндра по формуле:

9. Вычислите относительную, а затем и абсолютную погрешность плотности (см. Введение).

10.Запишите окончательный результат измерений плотности (см. Введение).

11.По приведенной в приложении таблице плотности определите, из какого вещества сделан цилиндр.

Задание № 3

Измерить линейные размеры кольца – внешний диаметр (D), внутренний диаметр (d) и высоту (h). Определить его объем (V) и плотность (ρ ).

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ

1. Измерить линейные размеры кольца: внешний диаметр, внутренний диаметр, высоту (прямые измерения). Измерения произвести не менее 5 раз для каждого линейного размера.

2. Результаты измерений занесите в предложенную таблицу.

Таблица

№ п.п. измерения	D, мм	Δ D, мм	ε D , %	d, мм	Δ d, мм	ε d , %	h, мм	Δ h, мм	ε h, %
Среднее значение

3. Вычислите средние значения измеряемых величин, абсолютную и относительную погрешности. И так же занесите в таблицу.

4. Вычислите средний объем (косвенное измерение) кольца по формуле:

5. Вычислите относительную, а затем и абсолютную погрешность объема (см. Введение).

6. Запишите окончательный результат измерений объема (см. Введение).

7. Произведите измерение массы тела на электронных весах. Погрешность измерения весов – 0, 1 г.

8. Вычислите среднее значение плотности кольца по формуле:

9. Вычислите относительную, а затем и абсолютную погрешность плотности (см. Введение).

10.Запишите окончательный результат измерений плотности (см. Введение).

11.По приведенной в приложении таблице плотности определите, из какого вещества сделано кольцо.

 

 

⇐ Предыдущая1234

Поделиться: