Лабораторный практикум по физике

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 11Следующая ⇒

Российской Федерации

Федеральное государственное

бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Курский государственный университет»

Кафедра общей физики

Лабораторный практикум по физике

(механика)

Направление подготовки 010700 (510400) Физика

Степень (квалификация) Бакалавр физики

Профиль подготовки Физика конденсированного состояния

Физико-математический факультет

Очная форма обучения

Курск 2012

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСКОРЕНИЯ СВОБОДНОГО

ПАДЕНИЯ ТЕЛ.

Цель работы: Определить ускорение свободного падении тел.

Принадлежности: Экспериментальная установка для изучения свободного падения тел, набор стальных шариков.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ.

При небольших высотах падение стального шарика диаметром 1 - 2 см можно считать свободным, так как в этом случае можно пренебречь силой сопротивления со стороны воздуха из-за малой скорости движения шарика, и силой Архимеда вследствие малой плотности воздуха. Если шарик падает с некоторой высоты h, то

Здесь g - ускорение свободного падения , t - время падения шарика. Отсюда получим:

В данной работе приведенная формула используется для расчета ускорения, сообщаемого телам силой тяжести.

ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ.

Экспериментальная установка представлена на рис 1. Она состоит из вертикальной штанги со шкалой 1, укрепленной на стене. На штанге установлены два кронштейна: верхний 2 (подвижный) и нижний 3 (неподвижный). К верхнему кронштейну крепится электромагнит 4, удерживающий стальной шарик 5. К нижнему кронштейну крепится ловитель 6 с контактной заслонкой. Время падения шарика отсчитывается по электросекундомеру 7, пуск которого производится тумблером, установленным на пульте управления. Одновременно с пуском секундомера обесточивается электромагнит и начинается свободное падение шарика. Остановка секундомера происходит за счет

разрыва электрической цепи при падении шарика на заслонку. Высоту падения h можно изменять путем перемещения верхнего кронштейна вдоль штанги.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Установить заслонку в горизонтальном положении и включить тумблер с надписью " СЕКУНД".

2. Включить тумблер с надписью " МАГНИТ". Поднести к электромагниту стальной шарик заданного диаметра. С помощью рычага установить стрелку секундомера в нулевом положении.

3. Выключить тумблер с надписью " МАГНИТ". По секундомеру отсчитать время падения шарика. Опыт повторить 3-4 раза.

4. Установить электромагнит на другой высоте и провести измерения h и t. Опыт провести на 6-8 высотах для высот 1-2 м. На каждой высоте провести 3-4 измерения времени падения шарика t. Полученные результаты занести в таблицу:

N п/п h (м) t (с) t² (с² ) g ± D g (м/с ²)

1, 00 1, 20 1, 40 1, 60 1, 80 2, 00

5. Построить график t² = f(h). Убедиться, что t² линейно зависит от h, в противном случае провести дополнительные измерения.

6. Использовать данные опытов для определения ускорения свободного падения g. Провести оценку ошибки Dg. Ускорение свободного падения g можно определить с помощью графика t² = f(h) или методом наименьших квадратов.

ПРИМЕЧАНИЕ. 1. Первоначальное включение установки провести под наблюдением преподавателя или лаборанта.
2. Ошибка электросекундомера при номинальной частоте питающего напряжения ( 50 Гц )

не превышает ± 0, 03 с.

КОНТОРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Какое движение тел называют свободным падением?

2. Представить в векторной форме уравнение равнопеременного движения.

3. Объяснить причину зависимости ускорения свободного падения от широты места.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Савельев И.В. Курс общей физики. - М., 1968, т. 1, §§ 47 и др.

2. Фриш С.Э., Тиморева Л.В. Курс общей физики. - М., 1958, т. 1,

§ 23.

3. Александров А.В., Яшкин А.Я. Курс общей физики. Механика. - М., 1978, С.210-215.

4. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. - М., 1975, § 66.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ХОД ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Дайте определение массы, веса, плотности и удельного объема тела.

2. От каких параметров они зависят?

3. От каких причин зависит точность определения плотности тел ареометром постоянного объема?

4. Каковы преимущества и недостатки ареометра постоянного объема?

ЛИТЕРАТУРА.

1. Лабораторные работы под редакцией Зильбермана А.Н.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. т, 1.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Движение шарика, катящегося по плоской поверхности, можно представить в виде векторной суммы двух движений: 1) поступательного со скоростью u_с, равной скорости его центра масс, 2) вращательного вокруг оси, проходящей через центр масс, с угловой скоростью w.

Скорость любой точки шарика относительно поверхности определится соотношением

. . (1)

Если качение шарика происходит без проскальзывания, то скорость его точки B, соприкасающейся с поверхностью, будет равна нулю. В силу этого, как следует из (1) (см. рис.1), 0 = u_с - w× r. Поэтому

, (2)

где r - радиус шарика.

С помощью формул (1) и (2), можно подсчитать скорость любой точки шарика. Так, например, скорость точки А равна 2u _с.

Шарик, помещенный на вогнутую поверхность, занимает положение, соответствующее минимуму его потенциальной энергии. Если шарик вывести из этого положения и отпустить, то он будет колебаться около своего положения равновесия. Качение шарика без проскальзывания возможно при действии на него со стороны поверхности силы трения покоя (силы трения сцепления) F_t (рис.2). Эта сила F_t может принимать любое значение от 0 до m× N , где m - коэффициент трения, N – величина нормальной реакции поверхности. При качении сила F_t принимает такое значение, при котором скольжение отсутствует. Если сила требующаяся для этого, превышает величину m× N , то чистое качение невозможно - оно будет сопровождаться проскальзыванием.

Покажем, что на вогнутой сферической поверхности при небольших смещениях от положения равновесия, шарик будет совершать гармонические колебания. Результирующая сил, действующих на шарик (силы трения сцепления F_t _,нормальной реакция поверхности N и силы тяжести mg ) сообщает центру масс шарика некоторое ускорение, которое можно представить в виде векторной суммы нормального a_n и тангенциального a _t ускорений:

. (3)

Проектируя (3) на направление касательной к траектории шарика, получим:

Если ограничиться малыми углами, при которых sina » a , то будем иметь:

. (4)

Результирующий момент сил, действующих на шарик, сообщает ему угловое ускорение b, которое входит в основное уравнению динамики вращающихся твердых тел

. (5)

Уравнение (5) описывает вращение шарика относительно оси, проходящей через его центр масс. Здесь I_c - момент инерции шарика относительно оси, проходящей через центр масс, b - его угловое ускорение шарика, F_t× r - момент силы трения сцепления относительно указанной оси. (Моменты сил mg и N относительно указанной оси равны нулю). Для однородного шара

. (6)

Если радиус кривизны сферической поверхности R существенно превосходит радиус шарика r, то связь между ускорениями a_t и b может быть представлена соотношением:

(7)

Подставляя (6) и (7) в (5), получим:

. (8)

Исключая величину F_t из формул (4) и (8), можно получить:

Принимая во внимание, что

где S - смещение шарика от положения равновесия, отсчитанное по траектории центра масс шарика, R - радиус кривизны этой траектории, получим:

. (9)

Из полученного следует, что тангенциальное ускорение шарика пропорционально его смещению от положения равновесия и направлено к положению равновесия. Это указывает на то, что колебания шарика будут гармоническими.

В самом деле, при гармоническом колебании смещение S изменяется по закону

S = A× cosw× t

Дифференцируя S дважды по t , получим:

Þ (10)

Здесь - циклическая частота колебания.

Из формул (9) и (10) следует, что

В результате для радиуса кривизны траектории центра масс шарика R получим

. (11)

Радиус кривизны вогнутой поверхности зеркала будет превышать R на величину радиуса шарика r. Поэтому

R_з=R + r. (12)

Чтобы получить более точное выражение для радиуса кривизны сферического зеркала необходимо учесть, что путь S , проходимый центром масс шарика и длина дуги l , описываемая точкой B , не равныдругу. Как следует из рис. 2,

l=a R_з, S=a (R_з-r ) и кроме того l=jr

Дифференцируя приведенные соотношения дважды по t, и принимая во внимание, что тангенциальная составляющая ускорения центра масс шарика a_t и его угловое ускорение b соответственноравны;

и ,

получим формулу, связывающую их между собой

(7’)

Используя вместо (7) формулу (7’), получим более точное выражение для радиуса кривизны зеркала

(12’)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Протереть зеркало и шарик чистой фланелевой салфеткой.

2. Определить период колебаний шариков разных размеров, измеряя секундомером время 5 – 10 их колебаний на вогнутой поверхности зеркала.

3. Используя средние значения периодов колебаний шариков разных размеров, по формуле (10) подсчитать R.

4. При помощи штангенциркуля или микрометра определить радиусы шариков r₁, r₂ и... и подсчитать радиус кривизны сферического зеркала по формулам (12). и (12’).

5.Сравнить полученные результаты и произвести оценку погрешности.

6. Разработать геометрический метод оценки радиуса кривизны сферической поверхности. Найти величину радиуса кривизны вогнутого зеркала этим методом. Сравнить полученные результаты между собой и сделать выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Выяснить, что называют переносной, относительной и абсолютной скоростью. Сформулировать классический закон сложения скоростей.

2. Доказать справедливость соотношения (2). При каком условии оно выполняется?

3. Сформулировать основной закон динамики для вращающихся твердых тел.

4. Определить условия, при которых тело совершает гармонические колебания. Записать формулы для смещения, скорости и ускорения точки, совершающей гармонические колебания.

5. Вывести формулы (9), (11)., (12) и (12’). Сравнить между собой формулы (7) и (7’). Выяснить условия, при которых они дают практически совпадающие результаты..

6. Решитьзадачу . Небольшое тело может скользить без трения по вогнутой сферической поверхности радиуса R . Определить период малых колебаний этого тела на данной поверхности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Хайкин С.Э. Физические основы механики -- М.: Наука. 1971.

2. Савельев И.В. Курс общей физики. -- М.: Наука. 1968. т.1. (и более поздние издания).

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИЗМЕРЕНИЕ ДЛИН

Цель работы. Знакомство с устройством штангенциркуля, микрометра, микроскопа, приобретение навыков использования этих приборов для измерения линейных размеров тел.

Принадлежности. Модель линейного нониуса, штангенциркуль, микрометр, измерительный микроскоп, набор исследуемых тел.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Существует большое количество типов приборов, служащих для определения линейных размеров тел. Измерение длин часто производят масштабной линейкой. Величина наименьшего деления масштабной линейки называется ценой деления. Обычно цена деления линейки равна 1 мм. Точность измерения такой линейки не превышает 0, 5 мм. Для повышения точности измерений измерительный прибор снабжают дополнительной шкалой, которую называют нониусом.

Линейный нониус

Линейный нониус представляет собой небольшую линейку со шкалой. Обычно m делений шкалы нониуса равны m-1 делениям основной шкалы прибора, например, масштабной линейки. Нониус A может перемещаться вдоль линейки В (рис.1). Для случая, изображенного на рис.1, m = 10.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Рис. 1

Пусть а – цена деления нониуса, b – цена деления масштабной линейки, тогда:

Величину, равную разности между ценой деления линейки и ценой деления нониуса, называют точностью нониуса. Таким образом, точность нониуса равна отношению цены деления масштаба к числу делений нониуса.

Например, если цена деления масштаба b = 1 мм, то при m = 10 точность нониуса равна 0.1 мм, а при m = 20 — 0.05 мм.

0 10

Измерение прибором, имеющим нониус, выполняют следующим образом: измеряемое тело помещают между нулевым делением шкалы масштаба и нулевым делением нониуса (рис. 2). Затем производят подсчет числа целых делений k шкалы масштаба, укладывающихся между нулевыми штрихами, и находят номер штриха n шкалы нониуса, который лучше других совпадает с каким-либо штрихом шкалы масштаба. Из анализа рис. 2 следует, что искомая длина тела L определяется формулой

.

Здесь k – число делений шкалы масштаба, укладывающихся в измеряемой длине; n – номер штриха нониуса, совпадающего с каким-либо штрихом шкалы масштаба. Таким образом:

.

Если b = 1 мм, m = 20, то (мм).

Штангенциркуль

Линейный нониус используется в измерительном инструменте, который называется штангенциркулем.

Штангенциркуль (рис. 3) состоит из стальной линейки 1 с ценой деления 1 мм и нониуса 2, который может перемещаться вдоль линейки. Линейка и нониус снабжены упорами 3 и 4. Когда упоры соприкасаются, нулевые штрихи шкалы линейки и шкалы нониуса должны совпадать друг с другом. Для того чтобы измерить длину предмета, его необходимо поместить между упорами, которые сдвигают до соприкосновения с предметом (без сильного нажима) и закрепляют винтом 5. После этого производят отсчет по линейке и шкале нониуса. Линейные размеры предмета определяют по следующей формуле:

(мм).

Микрометр

Микрометр (рис. 4) состоит из двух основных частей: скобы 1 и микрометрического винта 2. Микрометрический винт представляет собой

стержень, снабженный точной винтовой нарезкой. Он ввинчивается в отверстие скобы с внутренней нарезкой. На микрометрическом винте закреплен полый цилиндр (барабан) 3 со шкалой. При вращении микрометрического винта барабан перемещается вдоль линейной шкалы, нанесенной на стебле 4. Величина поступательного перемещения винта при повороте его на один оборот называется шагом винта. В микрометрах используются микрометрические винты, у которых шаг равен 0.5 мм. Фактически на стебле имеется две шкалы. Цена деления каждой из них равна 1 мм. Эти шкалы сдвинуты относительно друг друга на 0.5 мм. Цифры проставлены около делений нижней шкалы (рис. 4). Шкала барабана содержит 50 делений. При шаге винта 0.5 мм цена деления шкалы барабана равна 0.01 мм.

При измерении предмет помещают между упорами 5 и 6. Вращая микрометрический винт, добиваются того, чтобы измеряемый предмет был зажат между упорами. Для уменьшения ошибки, связанной с сильным и неодинаковым в разных опытах сжатием измеряемого предмета, микрометр снабжен специальной головкой (с трещоткой) 7, позволяющей создавать при измерениях небольшое, одинаковое во всех опытах давление на исследуемый объект.

Отсчет производят следующим образом: по нижней шкале стебля определяют число целых миллиметров, а по шкале барабана – число сотых миллиметра.

Далее, если между краем барабана и последним из наблюдаемых штрихов нижней шкалы виден штрих верхней шкалы, к полученному результату прибавляют 0.50 мм. Таким образом, в случае, представленном на рис. 5, измеряемая длина равна 12, 73 мм.

П р и м е ч а н и е. Запрещается вращать микрометрический винт микрометра за барабан, так как в этом случае он может быть выведен из строя.

Измерительный микроскоп

Измерение размеров малых тел можно производить с помощью специального микроскопа, снабженного прозрачной линейкой, изображение которой находится в фокальной плоскости окуляра.

Измерительный микроскоп (рис. 5) состоит из подвижного тубуса 1, который вставлен в корпус 2. На тубусе нанесена миллиметровая шкала с пределами 130 мм...190 мм. В верхнюю часть тубуса вставлен окуляр 3 с прозрачной шкалой (линейкой). В нижнюю часть корпуса микроскопа ввинчен объектив 4. Подвижный тубус позволяет изменять расстояние между окуляром и объективом. Это приводит к изменению цены деления шкалы окуляра. В таблице приведены значения цены деления окулярной шкалы при различной длине тубуса.

Таблица 1

Длина тубуса (мм)	Цена деления шкалы окуляра (мм)
	0, 056	0.043
	0, 053	0, 039
	0, 049	0, 036
	0, 045	0, 033
	0, 041	0, 030
	0, 038	0, 028
	0, 036	0, 027

Цена деления шкалы определяется суммарным увеличением, даваемым объективом и окуляром микроскопа.

При определении линейных размеров тел подсчитывают число делений шкалы окуляра, укладывающихся в его изображении, и умножают на цену деления шкалы:

L = a× n.

Точность измерения равна цене деления окулярной шкалы. Она возрастает с увеличением длины тубуса микроскопа.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ЗАДАНИЕ 1. Изучить устройство линейного нониуса по его модели. Изучить конструкцию штангенциркуля, определить его технические характеристики: предел измерения, точность нониуса. Изучить конструкцию микрометра, определить его технические характеристики: предел измерения, точность микрометра. Изучить конструкцию измерительного микроскопа и его технические характеристики.

ЗАДАНИЕ 2. Определить объем бруска с помощью штангенциркуля.

1. Определить линейные размеры (a, b, h) бруска, проделав по 4 – 5 измерений в различных его местах.

2. Найти средние значения измеренных величин (`a, `b, `h ).

3. Вычислить среднее значение объема бруска .

4. Определить ошибку измерений величин a, b, h.

Если случайная ошибка измерений указанных величин значительно меньше точности штангенциркуля, то в качестве абсолютной ошибки измерений принимают ошибку, равную точности штангенциркуля.

5. Определить относительную ошибку, с которой определен объем бруска по следующей формуле:

6. Оценить среднюю абсолютную ошибку, с которой определен объем бруска:

D V= e × `V.

Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

7. Окончательный результат представить в виде:

V = `V ± D`V .

Таблица 2

№ п/п	a (мм)	b (мм)	h (мм)	D a (мм)	D b (мм)	D h (мм)
1.
2.
3.
4.
5.
среднее

ЗАДАНИЕ 3. Определить объем шара и цилиндра с помощью микрометра или штангенциркуля. Подсчитать ошибку, с которой определен объем по формулам

а) для шара:

где D – диаметр шара;

б) для цилиндра:

где D – диаметр цилиндра, h – его высота.

ЗАДАНИЕ 4. С помощью весов определить массу одного из тел и, зная его объем, рассчитать плотность материала:

Найти ошибку, с которой определена плотность, по формуле

ЗАДАНИЕ 5. Определить диаметр отверстия капилляра с помощью измерительного микроскопа. Оценить ошибку измерений.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что называется ценой деления прибора?

2. Как устроен линейный нониус?

3. Как определить точность нониуса?

4. Каким образом производятся измерения линейных размеров тел с помощью штангенциркуля, микрометра, измерительного микроскопа?

5. Как определяются ошибки прямых и косвенных измерений?

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Лабораторный практикум по общей физике./ Под ред. Гершензона Е.М. и Малова Н.Н. – М.: Просвещение, 1985.

Физический практикум. Т. 1 / Под ред. В.И.Ивероновой. – М.: Наука, 1967.

Сквайрс Д.Ж. Практическая физика. – М.: Мир, 1971.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6’

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7

ТОЧНОЕ ВЗВЕШИВАНИЕ

Цель работы. Изучить конструкцию аналитических весов ВЛА–200 М, правила обращения с ними, методы точного взвешивания.

Принадлежности. Аналитические весы ВЛА–200 М, набор разновесок, тела для взвешивания.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Аналитические весы служат для точного определения массы тел. Основной частью весов является равноплечий рычаг 1, называемый коромыслом. В середине коромысла перпендикулярно его основанию укреплена агатовая призма. Своим ребром она опирается на плоскую агатовую подушку, укрепленную на верху колонки 2. На равном расстоянии от середины призмы вблизи концов коромысла расположены две другие призмы, на которые подвешены чашки весов 3. В средней части коромысла прикреплена стрелка 4, которая позволяет определять положение равновесия весов. Весы монтируются на стеклянном или пластмассовом основании 5 и помещаются в стеклянный корпус с подъемной верхней крышкой и подвижными боковыми дверцами (рис.1).

Для предотвращения ребер призм от преждевременного изнашивания весы снабжены арретиром – приспособлением, позволяющим вывести из соприкосновения ребра призм с соответствующими опорами. Арретирование производится рукояткой 6, когда весами не пользуются и при смене нагрузки и разновесок во время взвешивания.

Предельная нагрузка для аналитических весов ВЛА–200 М составляет 200 г. На это указывает число 200 в маркировке весов.

Для уменьшения времени установления равновесия весов они снабжены специальными успокоителями – демпферами 7. Демпфер состоит из двух пар легких алюминиевых стаканов, два из которых неподвижно укреплены на колонке весов, два других подвешены к коромыслу. Прикрепленные к коромыслу стаканы движутся внутри неподвижных стаканов и тормозятся воздухом. В результате существенно уменьшается время установления равновесия весов.

Весы ВЛА – 200 М снабжены встроенными в них миллиграммовыми гирями, общая масса которых равна 1 г. Они изготовлены в виде колец и навешиваются на планку, скрепленную с коромыслом. Управление гирями производится с помощью лимбов 8, расположенных справа на корпусе весов. При вращении внутреннего лимба происходит накидывание или снятие десятков миллиграммов, при вращении внешнего лимба – сотен миллиграммов.

Миллиграммы и доли миллиграммов отсчитываются по шкале, которая укреплена на нижнем конце стрелки весов. Эта шкала при помощи оптического устройства проецируется на экране 9, расположенном перед колонкой весов. Включение подсветки оптического устройства производится одновременно с освобождением весов от арретира рукояткой 6. Для устранения вибраций весы устанавливаются на массивную плиту, укрепленную на капитальной стене с помощью кронштейнов. Установка весов производится по уровню винтом 10. При правильной установке стрелка ненагруженных весов должна указывать на нулевое деление шкалы. Если положение равновесия весов не совпадает с нулем шкалы в пределах нескольких малых делений, то его можно совместить корректором 11. Устранение более значительных расхождений между положением равновесия и нулем шкалы производится путем перемещения грузов 12, находящихся на концах коромысла весов. Эту корректировку производят только под наблюдением преподавателя или лаборанта.

Рис. 2

Силы, действующие со стороны чашек весов на коромысло, всегда вертикальны благодаря тому, что чашки могут свободно поворачиваться относительно ребер соответствующих призм. Условием равновесия весов является равенство нулю моментов сил, действующих на коромысло. Если масса одной из чашек m + Dm, то коромысло установится в положении равновесия, не совпадающим с нулем шкалы.

В этом случае стрелка весов установится под некоторым углом Da к вертикали, который при малых отклонениях будет пропорционален добавочной массе груза Dm (рис. 2).

Чувствительность весов определяется отношением величины отклонения стрелки к массе перегрузка l = Da /Dm.

Если L – длина плеч коромысла, m₀ – масса коромысла со стрелкой, x – расстояние от центра тяжести коромысла со стрелкой до опорного ребра средней призмы, то из условия равновесия весов

(m + Dm) g L× cosa = m g× L cosa + m_o g× x sina ,

при условии, что sina @ a и cosa @ 1, (a = Da ),

для чувствительности весов получим: .

В представленном на рис. 2 случае, чувствительность весов не зависит от массы взвешиваемого тела и может быть изменена только путем изменения положения центра тяжести коромысла со стрелкой, т.е. величины x. Для изменения величины x служит грузик, помещенный в верхней части коромысла. Перемещая его вверх или вниз по винтовой нарезке, смещают положение центра тяжести коромысла со стрелкой соответственно вверх или вниз. Это приводит к возрастанию или уменьшению чувствительности весов. При правильной регулировке весов ВЛА–200 М перегрузке массой 10 мг должно соответствовать отклонение стрелки на 10 больших делений шкалы. В противном случае необходимо произвести регулировку (только под наблюдением преподавателя или лаборанта).

При взвешивании тело и разновески находятся в воздухе. Поэтому кроме силы тяжести на них действует сила Архимеда, равная весу вытесненного ими воздуха. Весы будут находиться в равновесии при условии

(m g – F_A)L=(m¢ g – F¢ _A)L ,

где m – масса взвешиваемого тела, m' – масса разновесок, F_A – сила Архимеда, действующая со стороны воздуха на взвешиваемое тело, F¢ _A – сила Архимеда, действующая на разновески. Учитывая, что

F_A = r₀ gV; F¢ _A = r₀ gV¢ ; V=m /r; V¢ =m¢ /r¢ ,

где r₀– плотность воздуха, r – плотность тела, r¢ – плотность разновесок, V – объем тела, V¢ – объем разновесок, получим

Þ .

Как видим, в общем случае масса взвешиваемого тела не равна массе разновесок m', уравнивающих его. Различие между ними тем больше, чем больше отличаются плотности r и r¢ . Величина Dm = m – m' может существенно превышать точность взвешивания. Она определяется соотношением

При точном взвешивании необходимо учитывать действующую на тело и разновески силу Архимеда.

До сих пор предполагалось, что длины плеч коромысла весов одинаковы. В действительности они всегда несколько отличаются друг от друга. Из-за этого при равновесии весов масса тела не равна массе разновесок. Для устранения ошибки, обусловленной неравноплечием весов, используют специальные методы взвешивания. Известны три таких метода:

МЕТОД ДВОЙНОГО ВЗВЕШИВАНИЯ (МЕТОД ГАУССА)

Тело взвешивают два раза. Один раз его помещают на левую чашку весов, другой раз – на правую. Из условия равновесия весов получают

m₁ L₁ = m L₂; m₂ L₂ = m L₁.

Здесь m – масса взвешиваемого тела, m₁ и m₂ – массы разновесок при первом и втором взвешивании соответственно, L₁ и L₂ – длины плеч коромысла. Из приведенных соотношений для подсчета массы тела mможно получить следующую формулу:

Так как m₁ и m₂ мало отличаются друг от друга, приведенную выше формулу можно заменить приближенным выражением

МЕТОД ТАРИРОВАНИЯ

Тело помещают на правую чашку весов и уравновешивают его тарой. В качестве тары можно использовать мелкую дробь, кусочки металла и т.п. Затем тело снимают с чашки весов и на его место помещают разновески. Ясно, что масса разновесок, уравнивающих тару, при любом соотношении между длинами плеч L₁ и L₂ будет равна массе взвешиваемого тела.

МЕТОД ПОСТОЯННОЙ НАГРУЗКИ (МЕТОД МЕНДЕЛЕЕВА)

На левую чашу весов помещают разновесок предельной массы и уравновешивают его мелкими разновесками. Взвешиваемое тело помещают на правую чашку, с которой снимают часть разновесок до восстановления равновесия весов. Очевидно, что при любом соотношении между L₁ и L₂ масса снятых разновесок равна массе тела.

Метод Менделеева удобен при многократных взвешиваниях тел малой массы, так как, во-первых, требует для каждого тела лишь одного взвешивания, во-вторых, постоянная нагрузка лучше обеспечивает постоянство чувствительности весов.

ПРАВИЛА ВЗВЕШИВАНИЯ

Чтобы не испортить весы и получить наиболее точные результаты, необходимо:

1) помещать взвешиваемое тело и производить загрузку разновесок только при арретированных весах;

2) брать разновески и помещать их на чашки весов только пинцетом;

3) тело и разновески помещать на чашки весов так, чтобы их центры тяжести, по возможности, совпадали с центром чашек;

4) не следует освобождать весы полностью, пока чашки еще мало уравновешены. Это делают лишь частично, чтобы выяснить, какая из чашек легче, замечая, куда отклоняется стрелка весов. После этого весы тотчас арретируют и прибавляют или убавляют разновески. Весы освобождают полностью, когда равновесие почти достигнуто;

5) после окончания взвешивания весы обязательно надо арретировать и снять нагрузку.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Задание 1

Изучить конструкцию весов ВЛА–200 М и условия их эксплуатации.

⇐ Предыдущая 2 3 4 5 678 9 10 11 Следующая ⇒