Робота 60 визначення густини твердого тіла
Мета роботи.Навчити студентів навичкам користування вимірювальними приладами (мікрометр, штангенциркуль), допомогти засвоєнню понять абсолютної та відносної, систематичної, приладової та випадкової помилок; навчити прийомів обчислення випадкової середньоквадратичної помилки методом Стьюдента при прямих вимірах і правил оцінки граничної помилки непрямих вимірів.
Масою тіла m називається скалярна величина, що є мірою інертності тіла у поступальному русі. Щільністю тіла називається межа відношення маси m елемента тіла до його об'єму V при V, що прагне нуля:
У разі однорідного тіла його щільність постійна по всьому об'єму V і маса тіла m= V. Середньою щільністю неоднорідного тіла називається відношення маси тіла до його об'єму:
Ця робота присвячена визначенню середньої щільності тіл правильної геометричної форми. Надалі опускатимемо визначення середня і говоритимемо просто щільність тіла.
Методика вимірів
Для визначення щільності тіла у цій роботі використовується формула 1 . Маса досліджуваного тіла визначена шляхом її порівняння з відомими масами інших тіл за допомогою вагових ваг та задана. Об'єм досліджуваного тіла визначається за допомогою щтангенциркуля або мікрометра та розрахунком за відомими формулами для об'ємів тіл правильної форми.
Штангенциркуль являє собою металеву лінійку 1, якою може ковзати рухома частина - рамка з ноніусом 2 (рис.1).
Ноніус - це додаткова лінійка, розділена на n рівних поділів (зазвичай n=10 або 20), яка при вимірах дозволяє визначити кількість часток розподілу основної шкали. Поділу на ноніусі наносяться так, що (kn-1)-е розподіл основної шкали дорівнює по довжині n поділом ноніуса (зазвичай k = 1,2 або 4). В цьому випадкуЦіна поділу ноніуса дорівнює ціні одного поділу шкали, поділеної на число поділів ноніуса n. Наприклад, для штангенциркуля, зображеного на рис. 1, ціна розподілу ноніуса = 1 мм20 = 0,05 мм. Нагадуємо, що для приладів з ноніусом як приладову помилку приймається ціна поділу ноніуса.
При вимірюванні лінійних розмірів штангенциркулем поміщають предмет між виступами 3 і 4 . Один із виступів (4) жорстко з'єднаний з основною шкалою, а інший (3) - з ноніусом. При відліку ціле число міліметрів визначають за основною шкалою штангенциркуля (до нульового поділу ноніуса), а частки міліметра - по ноніусу. Для цього знаходять номер N поділу шкали ноніуса, який збігається з деяким (неважливо яким) поділом основної шкали. Тоді частки міліметра визначають як добуток ціни поділу ноніуса на число N.
Інший спосіб визначення частки розподілу основної шкали приладу застосований мікрометрі (рис.2).
Тут використано спосіб гвинта та барабана. Гвинт 4 і барабан 5, складаючи одне ціле, обертаються і вкручуються в основу l, затискаючи деталь, що вимірюється. На основній шкалі 2, жорстко пов'язаної основою, читаються міліметри (або половини міліметрів). Один повний оберт барабана відповідає просуванню гвинта і барабана на один крок різьблення, який дорівнює одному поділу основної шкали. Неповний поворот відповідає неповному поділу основної шкали.
По краю барабана рівномірно нанесені поділки, що поділяють його коло на частки обороту. Ціна поділу на барабані дорівнює ціні поділу основної шкали, поділеної на число поділів на барабані. Для мікрометра, наведеного на рис.2 =0,5 мм50=0,01 мм. Таким чином, при вимірі лінійних розмірів предмета мікрометром до відліку за основною шкалою треба додати величину, рівну добутку ціни поділу барабана на числовідліків.
Для того, щоб притискання предмета був не надто сильним і залишався стандартним, барабан обертають за фрикціон 3, який при певному зусиллі перестає вести за собою барабан і гвинт клацає.
При вимірюваннях штангенциркулем та мікрометром перед початком вимірювань слід перевірити нульове положення приладу. За наявності помилки нуля слід відрегулювати прилад, або враховувати її при вимірюваннях.
ПРИЛАДИ І ПРИЛАДДЯ: досліджуване тіло правильної форми (куля, циліндр або прямокутний паралелепіпед); штангенциркуль з ціною розподілу 0,1 мм або 0,05 мм; мікрометр із ціною розподілу 0,01 мм.