ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ВЕЩЕСТВА

 

Цель работы: изучение нониуса.

Приборы и принадлежности: штангенциркуль, микрометр, весы, образец.

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Для определения плотности вещества, из которого сделан образец, необходимо определить объём этого тела и его массу.

В современной науке и технике используются разнообразные приборы для измерения длины и масс. Большинство наиболее точных приборов основано на использовании микроскопов и некоторых других оптических приспособлений. Но при этом всегда отсчетные приспособления снабжаются нониусами или микрометрами.

Нониусом называется специальная шкала, дополняющая обычный масштаб и позволяющая повысить точность измерений с данным масштабом в 10-20 раз. Линейный нониус представляет собой небольшую линейку, скользящую вдоль основной шкалы и разделенную на 10, 20, 25 или 50 делений. Шкала нониуса строится так, что m делений нониуса соответствует (m-1) делению основной шкалы.

Штангенциркуль снабжен нониусной шкалой, принцип построения которой показан на рисунке 1а.

Если верхняя шкала деления имеет цену деления 1 мм, то нижняя шкала –нониус- строится так, что на отрезок 9 мм приходится 10 делений. В результате цена деления нониуса составляет 0, 9 мм. Поэтому, если нулевой штрих нониуса (крайний слева) совпадает с нулевым штрихом масштаба, то первые штрихи масштаба и нониуса отстоят друг от друга на расстояние 1 мм-0, 9 мм=0, 1 мм. Вторые- на расстоянии 0, 2 мм, третьи-0, 3 мм и так далее.

Если рамку сдвинуть на 0, 1 мм, то первые штрихи совпадут, а между губками образуется зазор длиной 0, 1 мм. Если рамку сдвинуть на 0, 2 мм, то совпадут уже вторые штрихи и так далее. Таким образом, номер штриха нониуса, совпадающего со штрихом масштаба, показывает число десятых долей миллиметра.

Ситуация не меняется, если отсчет ведётся не от нулевого штриха масштаба, а от любого его деления. На рисунке 1б штангенциркуль стоит в положении 2, 5 мм. Количество целых миллиметров определяется числом целых делений масштаба, находящихся слева от нулевого штриха нониуса, а количество десятых долей – номером штриха нониуса, совпадающего с каким-либо штрихом масштаба. На рисунке этот штрих помечен стрелкой.

Минимальный шаг прибора с нониусом называется точностью нониуса. Точность нониуса определяется отношением минимального деления шкалы масштаба к числу делений нониуса. В данном случае 1мм/10 дел.=0, 1 мм.

 

 

 

Микрометр предназначен дляизмерения наружных размеров тел. Действие микрометра основано на перемещении винта вдоль оси при вращении его в неподвижной гайке. Полные обороты отсчитывают по шкале, нанесенной на стебле микрометра, а доли оборота – по круговой шкале, нанесенной на барабане (рис.2).

В большинстве случаев микрометры имеют один оборот, соответствующий перемещению винта на 0, 5 мм. В таких приборах шкала на стебле двойная. Снизу от горизонтальной линии нанесены миллиметровые деления, сверху -штрихи, делящие каждый миллиметр пополам.

На рис.2 изображен микрометр с пределами измерений 0 -: - 25 мм, один оборот барабана которого соответствует осевому перемещению винта на 0, 5 мм. Поэтому шкала на стебле этого прибора двойная.

По окружности барабана нанесено 50 делений. Так как за один оборот барабана винт перемещается вдоль оси на 0, 5 мм, то цена деления барабана составляет 0, 5мм/50 дел=0, 01 мм=10мкм.

При измерении деталь помещается между пяткой и микрометрическим винтом. Затем производится поворот винта до тех пор, пока деталь не окажется зажатой и пока трещотка не будет проворачиваться. Необходимо помнить, что микрометрический винт нужно вращать только за трещотку.

Отсчет производится следующим образом. Вначале по нижней шкале стебля

 

 

5, 25 мм

Рис.2

 

считывается целое число миллиметров. Если сверху показался половинный штрих, добавляется 0, 50 мм, после чего считывается и добавляется показание на барабане.

Весы технические квадратные марки ВТК-500 по конструкциипредставляют собой прибор, в котором использован принцип одночашечных весов с противовесом Д.И.Менделеева, исключающий применение разновесок. Масса груза, находящегося на чашечке, определяется путем непосредственного отсчета в граммах по изображению шкалы, встроенной в маятниковый противовес (квадрант) на экране весов и счетчику.

До 100 г отсчет производится непосредственно по оптической шкале. Более 100 г – число целых сотен граммов отсчитывается по счетчику, в окне которого последовательно будут появляться цифры 1, 2, 3, 4 в зависимости от массы встроенной гири, снятой с подвески. К числу целых сотен граммов прибавляется число граммов, отсчитанных по оптической шкале. Например, по отсчету –1, а по оптической шкале 27, 3 г, что будет соответствовать 127, 3 г.

Перед началом работы необходимо проверить установку весов на 0. Для этого включить тумблер питания и провести необходимую регулировку двумя ножками, на которые установлено основание корпуса весов.

В качестве образца берется сплошной цилиндр. Плотность вещества этого цилиндра можно определить по формуле

 

, где m- масса образца, V – его объём.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Для допуска к выполнению работы произвести по три контрольных измерения штангенциркулем и микрометром размеров деталей, заданных преподавателем, или прочитать размер, набранный на шкале измерительного при бора.

 

2. Штангенциркулем определить высоту h цилиндра 5 раз примерно равномерно вдоль соответствующей поверхности тела; микрометром – диаметр D, соблюдая те же самые условия. Результаты занести в таблицу.

 

Отчетная таблица [ h ]=[ D ]=мм

№	hi	< h>		(	Di	< D>		(

 

3. Определите массу тела m

4. Рассчитайте плотность вещества по формуле:

 

<

5. Вычислите относительную погрешность:

 

 

где ; ; ; -точность измерительного устройства.

коэффициент Стьюдента.

 

6. Определите абсолютную погрешность плотности:

 

 

7. Окончательный итог работы запишите словами и выразите формулой:

³ с относительной погрешностью…% и надежность

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

Работа №1. Определение ускорения силы тяжести при помощи

математического маятника…………………………………….. 4

 

Работа № 2. Определение модуля упругости Юнга…………………………9

 

Работа № 3. Изучение законов вращательного движения

на приборе Обербека……………………………………………12

 

Работа № 5. Изучение качения тел на наклонной плоскости…………… 18

 

Работа № 8. Определение скорости звука и длины

звуковых волн в воздухе……………………………………… 22

 

Работа № 9. Определение скорости полета пули с помощью

баллистического маятника…………………………………….26

 

Работа № 10. Определение положения центра тяжести физического

маятника методом обращения……………………………….31

 

Работа №12.Определение плотности вещества………………………… 36

 

 

Учебное издание

 

Греков Л.Б., Морозов В.А.,

Орлова Н.В., Попов С.Г., Приемышева Р.А.,

Решетников С.М., Скрыпник Э.А., Шиляев А.В.

 

Руководство к лабораторным работам

по физике.Раздел механика.

 

 

Редактор