Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Описание метода гидростатического взвешивания




 

Нахождение плотности тела, имеющего сложную геометрическую форму, по формуле (1) связано с определенными трудностями при выражении его объема через соответствующие линейные размеры. Метод гидростатического взвешивания обеспечивает возможность измерить объем этого тела, минуя использование масштабных линеек и нониусов.

Суть метода состоит в последовательном взвешивании данного тела в воздухе и в жидкости (воде) и нахождении по формуле Архимеда веса вытесненной телом (при его погружении) жидкости, а далее и самого объема погруженного в нее тела.

Во-первых, взвешивание тела, подвешенного к левой чашке весов на нити, в воздухе дает нам значение его массы с поправкой на архимедову силу в воздухе по формуле (6). Равновесие весов в этом случае описывается равенством: (*) (рис.2)

Во-вторых, погрузив тело в стакан с водой, установленный на подставке, мы нарушим достигнутое перед этим равновесие весов за счет возрастания выталкивающей силы, действующей на тело в данном положении. Запишем чему при этом равно изменение веса Р1 тела, действующего на левую чашку весов (см. рис.1 и рис.3):

(9).

Равновесие весов снова достигается за счет такого же изменения веса Р2, действующего на правую чашку весов, через снятие части разновесов общей массы : (10).

Т.е. равновесие весов во втором случае описывается равенством, аналогичным формуле (*): (**).

Тогда - масса снятых гирь,

а - объем снятых гирь,

что значительно меньше объема тела .

Приравнивая правые части равенств (9) и (10), что соответствует уравновешиванию весов, получим: Þ (11) – формула для расчета объема тела, погруженного в жидкость по методу гидростатического взвешивания.

Или пренебрегая малым слагаемым ( ) в числителе:

(11’)

Тогда после подстановки формул (6) и (11’) в формулу (1) получим выражение для нахождения плотности данного тела:

 

, т.е. окончательно имеем:

(12) – расчетная формула для плотности по методу гидростатического взвешивания.

 

Вопросы и упражнения к допуску.

 

1. Что называется плотностью тела? В чем отличие понятия «плотности тела» от понятия «плотность вещества»?

2. Что такое вес тела? Как связаны вес тела и его масса? Что означают цифры на разновесах – массу или вес?

3. Вес корабля при перемещении его из экваториальных вод в полярные увеличился. Изменится ли в связи с этим глубина погружения корабля в воду?

4. Что такое удельный вес тела? Как он связан с плотностью тела?

5. Правильно ли говорить, что удельный вес тела есть вес единицы объема этого тела? Правильно ли говорить, что плотность есть масса, заключенная в единице объема? Можно ли сказать, что удельный вес численно равен весу единицы объема тела (например, 1 см3), а масса численно равна массе в единице объема?

6. Зависит ли плотность от географической широты и высоты над уровнем моря? А удельный вес? Как можно представить себе наличие такой зависимости??

7. В каком случае используется метод гидростатического взвешивания при определении плотности вещества?

8. Перечислить силы, действующие на правое и левое плечи уравновешенных весов для состояний. Изображенных на рис.2 и на рис.3.

9. Запишите формулу для нахождения объема тела методом гидростатического взвешивания. Поясните входящие в нее величины.

10. Запишите расчетную формулу для плотности, используемую в этом методе и поясните входящие в нее обозначения.

 

Содержание экспериментальных заданий.

Задание 1. Изучение технических характеристик лабораторных весов и правил пользования ими.

1) Изучите по техническому паспорту название, тип и принцип устройства, основные характеристики лабораторных весов. Найдите величину вносимой ими инструментальной погрешности и сформулируйте возможные причины ее появления.

2) Ознакомьтесь и общими приемами и правилами взвешивания применительно к данным весам.

Задание 2. Измерение в воздухе массы исследуемого образца .

1) Выберите образец, тонущий в воде, для определения его плотности.

2) Уравновесьте весы, подвесив к левой чашке исследуемый образец на нити, а на правую положив разновесы. Запишите полученное значение величины . Отразите в тетради следующие моменты взвешивания: положение стрелки при равновесии ненагруженных и нагруженных весов; поштучный перечень использованных разновесов с указанием их массы. После всех измерительных процедур не забудьте найти суммарный объем этих разновесов .

3) Сохраните это равновесное состояние весов для последующего выполнения Задания 3.

4) Вычислите абсолютную погрешность полученного результата измерения массы образца , просуммировав инструментальную погрешность и погрешность отсчета.

Задание 3. Измерение объема исследуемого образца методом гидростатического взвешивания.

1) Подготовьте установку, показанную на рис.3.

2) Погрузите данное тело в стакан с водой, установленный на подставке, так, чтобы он не касался стенок и дна стакана. Отметьте про себя как изменилось равновесие весов и в силу каких причин.

3) Снимите часть разновесов с правой чашки весов до установления нового равновесия. Найдите и запишите их массу .

4) Измерьте термометром температуру воды в стакане. По справочной таблице найдите соответствующее значение ее плотности. Запишите погрешность приближения этого значения.

5) Вычислите по формуле (11’) объем исследуемого тела и рассчитайте абсолютную погрешность этого результата как результата косвенного измерения на основе общих правил: сложения абсолютных погрешностей слагаемых и сложения относительных погрешностей множителей в расчетной формуле.

6) Запишите результат в форме , укажите значение относительной погрешности в процентах.

Задание 4. Вычисление плотности исследуемого тела по расчетной формуле метода и оценка погрешности результата..

1) По результатам заданий 2 и 3 на основе формулы (12) вычислить значение плотности выбранного тела.

2) Найти абсолютную и относительную погрешность полученного результата как косвенного измерения.

3) Записать ответ в форме , (степень доверия Р=...).

4) По справочной таблице установить материал из которого изготовлен данный образец.

5) Сделать вывод о степени соответствия полученного значения плотности материалу, из которого изготовлено тело, и о степени усреднения значения плотности по объему тела (степень однородности материала).

6) Перечислить источники учтенных вами (при оценке точности результата) погрешностей (например, отклонение стрелки от нулевой точки в равновесном состоянии весов, пренебрежение объемом снятых гирь, неравноплечесть весов, сложный химический состав воды и т.д.)

 

Вопросы к отчету:

 

1. Дайте определение массы, силы тяжести и веса тела.

2. Каковы общие правила пользования весами? Для чего производится арретирование весов?

3. Как определена в работе истинная масса тела ? В каких случаях масса взвешиваемого тела равна массе гирь на уравновешенных весах?

4. Каким методом пользовались вы в работе при определении объема исследуемого тела сложной геометрической формы? В чем его суть?

5. Как вы определяли объем тела и какова погрешность полученного значения?

6. Какие источники погрешностей результата измерения массы данного тела были вами учтены при его взвешивании?

7. Как делается поправка на взвешивание в воздухе? Использовалась ли она вами в данной работе?

8. Какова относительная погрешность в определении плотности тела, получаемая от пренебрежения объемом снятых гирь? Показать соответствующие расчеты.

9. Где и каким образом использовалось в работе предположение об однородности исследуемого образца?

10. Какое вещество имеет плотность примерно равную полученному вами значению плотности выбранного для исследования тела?

11. Как изменяются плотности разных веществ с изменением их температуры? Приведите примеры это подтверждающие.

12. Как можно было бы применить изученный в работе метод для нахождения плотности тела в случае, если выбранный образец не тонет в воде?

13. Как иначе можно было бы определить объем сложного по форме тела, тонущего в воде.

 

 

Лабораторная работа № 1.3.

Определение коэффициента вязкости жидкости методом Стокса.

 

Цель работы: познакомиться с явлением внутреннего трения; изучить законы движения тел в вязкой жидкости; определить коэффициент вязкости касторового масла.

Приборы и принадлежности: стеклянный цилиндр на подставке с исследуемой жидкостью, металлические шарики разного материала и размеров, микрометр, секундомер, весы, миллиметровая линейка, термометр.







Дата добавления: 2014-10-29; просмотров: 1729. Нарушение авторских прав

codlug.info - Студопедия - 2014-2017 год . (0.013 сек.) русская версия | украинская версия