Вимірювання довжини, ширини та товщини пластинки штангенциркулем

Лабораторна робота №2

ВИЗНАЧЕННЯ ЩІЛЬНОСТІ ТВЕРДОГО ТІЛА

Мета роботи: ознайомитися з пристроєм та принципом дії штангенциркуля. Навчитися користуватися цим приладом визначення щільності твердих тіл правильної геометричної форми.

ТЕОРЕТИЧНЕ ВСТУП

Щільністю речовини ρ називається фізична величина, чисельно рівна масі одиниці об'єму цієї речовини.

Якщо тілооднорідне, то щільність визначають як відношення маси тілаmдо займаного ним обсягуV:

. (I)

У СІ щільність вимірюють кг/м³. Іноді у літературі зустрічаються позасистемні одиниці: г/см³, кг/л, т/м³.

З формули (1) видно, що визначення щільності необхідно виміряти його масу і обсяг. Масу тіла вимірюють зважуванням, а визначення об'єму існують різні методи. Якщо тіло має правильну геометричну форму, вимірюють його лінійні розміри, а потім за відповідною формулою обчислюють його обсягV.

ВИМІРЮВАЛЬНІ ПРИЛАДИ

Для вимірювання лінійних розмірів тіл використовуютьштангенциркульімікрометр, основною частиною яких є ноніус - пристрій, що дозволяє збільшувати точність відліку, що дається цими приладами. Ноніуси бувають лінійні, кругові та спіральні. Оскільки ноніуси часто зустрічаються не тільки в штангенциркулі та мікрометрі, а й в інших, зокрема в оптичних приладах, необхідно познайомитися з принципом дії цього пристрою.

Ноніус

Ноніусом називається рухома допоміжна шкала, за допомогою якої виробляють відлік часток поділів основної шкали вимірювальних приладів. Поділ ноніуса вибирають зазвичай так, щоб розподілу ноніуса відповідало (n – 1)поділів основної шкали (рис.2).

Якщо позначити ціну розподілу ноніуса через αн , а ціну розподілу основної шкали через αм, можна написати:

(4)

Величину α називають точністю ноніуса. Якщо, наприклад, основна шкала поділена на міліметри (тобто ціна розподілу основної шкали 1мм), а ноніус має 10 поділів, то міра точності його α = 0,1 мм.

Зазвичай довжина поділу ноніуса αн коротше кожного з поділів основної шкали на α = αм/n. Тому при збігу нульового штриха ноніуса з якимось штрихом основної шкали (назвемо цей штрих умовно теж «нульовим») «к» - й штрих ноніуса відстає від найближчого наступного штриха основної шкали накα =доαм/n(рис. 2)

Пересунемо ноніус так, щоб «до»-й штрих ноніуса збігся з деяким штрихом основної шкали (рис. 3). Тоді нульовий штрих ноніуса відсунеться від «нульового» штриха основної шкали на відстань

На рис. 3 маємо: αм = 1,n= 10,к= 7,х= 0,7.

Якщо перед нульовим штрихом ноніуса найближчий штрих основної шкали не нульовий, а відповідає поділуm, то положення нуля ноніуса на основній шкалі визначається за величиною (див. рис. 4):

(5)

Таким чином можна сформулювати наступне правило: довжина предмета, що відраховується по ноніусу дорівнює цілій кількості поділів основної шкали, що знаходяться перед нульовим штрихом ноніуса (mαм) , Складеному з точністю ноніуса , помноженої на номер «к»-го штриха ноніуса, який збігається зі штрихом основної шкали.

На рис. 4 маємо:m= 7 ( за основною шкалою ),к= 6. Отже,

Похибка, що виникає при вимірі за допомогою ноніуса, визначається неточним збігом "к"-го штриха ноніуса з розподіломосновою шкали. Величина цієї похибки, вочевидь, може бути більше 0,5 αм/п, оскільки якби вона більша, ми зробили б відлік по наступному поділу.

Таким чином, можна сказати, що похибка ноніуса дорівнює половині його точності:

(6)

Штангенциркуль

Штангенциркулем називають прилад, який служить для вимірювання зовнішніх та внутрішніх розмірів тіл, а також глибин отворів (рис.5). Він дозволяє вимірювати довжину, товщину, внутрішній та зовнішній діаметри отворів з точністю від 0,02 до 0,1 мм.

Штангенциркуль складається з штанги 1 з міліметровими поділами і рухомої рамки 3 з ноніусом 5 і гвинтом, що закріплює 6. На штанзі і рамці є губки 2 і 4. Губки мають або закруглені кінці (як на рис.5) або загострені, якими можна робити та кола на вимірюваних деталях (з цієї причини прилад і отримав загальну назву - штангенциркуль).

Губки із внутрішньої сторони мають гладкі поверхні. Коли між площинами губок відсутня зазор, нульові штрихи штанги та ноніуса мають збігатися. Якщо збігу немає, це означає, що прилад несправний.

Уздовж штанги може переміщатися рамка 3 з глибиноміром 8 (лінійка висувна для вимірювання глибини ненаскрізних отворів). Губки 4 та 7 дозволяють вимірювати внутрішні діаметри отворів. Загостреними кінцями губок 4 і 7 можна також використовувати для розмітки. На рис. 5 показані методи вимірювання за допомогою штангенциркуля.

Для проведення вимірювань прилад беруть у праву руку, а предмет, що вимірюється, утримують лівою рукою. Перед початком вимірювань необхідно переконатися, що нульові поділки штанги і ноніуса збігаються.

Натискаючи на рамку великим 3 пальцем правої руки, щільно затискають предмет між виступами губок.Потім закріплюють гвинт 6 і роблять відлік але ноніусу. При достатній навичці гвинт 6 можна і не закріплювати.

ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

Вправа 1

Вимірювання довжини, ширини та товщини пластинки штангенциркулем

1. Для отриманої прямокутної пластинки, що підлягає вимірюванню, з відомою масоюmзапишіть у звіт

цю масуm = _________та похибка її виміру Δm = ___________.

2. Проведіть за допомогою штангенциркуля 5 вимірів довжиниa, 5 вимірів шириниbта 5 вимірів товщини пластинки в різних її місцях і результати вимірів занесіть до таблиці 1.

3. За даними таблиці обчисліть середні значення виміряних розмірів і пластинки, а також абсолютні (Δa,Δbі Δh) і відносні (εa,εbі εh) похибки вимірювань.

№ п/п	a, мм	Δa, мм	(Δa) 2 мм 2	b, мм	Δb, мм	(Δb) 2 мм 2	h, мм	Δh, мм	(Δh) 2 мм 2
1.
2.
3.
4.
5.
=	-		=	-		=	-

4. Виберіть надійністьР= 0,95. Для цього значення надійності дляn= 5 вимірювань коефіцієнт Стьюдентаtp,n= 2,78.

;

Запишіть остаточні результати вимірів у вигляді:

.

---