36837

ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЁМА И ПЛОТНОСТИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

Лабораторная работа

Физика

Определение линейных размеров объёмов и плотностей твёрдых тел. Действительно все великие открытия в физике были выполнены с помощью измерений. Однако измерения необходимы не только в научноисследовательской работе.

Русский

2013-09-23

257.5 KB

16 чел.

PAGE  4

ФГОУ ВПО «КАЛИНИНГРАДСКИЙ  ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ  УНИВЕРСИТЕТ»

КАФЕДРА ФИЗИКИ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 101

ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЁМА И ПЛОТНОСТИ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

Методическое указание к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики для студентов инженерно-технических специальностей

Калининград

2006

Цель работы:

1. Изучение правил прямых и косвенных измерений.

2. Определение линейных размеров, объёмов и плотностей твёрдых тел.

Используемые инструменты и реквизит:

1. Штангенциркуль с точностью измерения 0,1 мм.

2. Детали из различных материалов.

3. Таблица масс деталей.

  1.  ВВЕДЕНИЕ

Один из наиболее знаменитых ученых ХХ века А.Пуанкаре сказал: «В физике существует только то, что можно измерить». Действительно, все великие открытия в физике были выполнены с помощью измерений.

Однако, измерения необходимы не только в научно-исследовательской работе. Измерения  выполняют в производственной сфере, в процессе изготовления  любой  продукции. Например, токарь при обработке деталей на станке проверяет размеры с помощью микрометра или штангенциркуля. Сталевары измеряют температуру расплавленного в домнах металла с помощью пирометров.

При изготовлении фото-, электро-, радиоаппаратуры все параметры измеряют специальными оптическими и электрическими приборами.

Государственные организации по контролю качества питьевой воды, загрязнений воздуха в больших городах также ведут постоянные замеры состава химических элементов с помощью различных приборов.

С помощью оптических телескопов и радаров измеряют координаты и контролируют траектории полета космических аппаратов.

Можно привести еще много примеров, показывающих, насколько широко используются измерения в современной эпохе.

В учебной лаборатории по физике студенты должны ознакомиться с понятием физической величины, правилами и способами измерений различными приборами, а также с правилами обработки и представления результатов измерений. Для расчётов необходимо не только умение выполнять без ошибок простые арифметические вычисления, потребуются также знания из раздела высшей математики, а именно, умение вычислять производные и полные дифференциалы различных функций.

В методическом пособии для студентов «Введение в физику: основы физических измерений» даны определения основных понятий теории измерений, правила измерений, правила обработки и представления результатов измерений. Необходимо знать все основные определения и правила, а также  научиться вычислять доверительные интервалы методом дифференцирования функций, примеры которых  даны в методическом пособии.

В настоящей лабораторной работе потребуется выполнить наиболее простые и, вместе с тем, широко распространённые измерения: найти линейные размеры, объёмы и плотности твёрдых тел разной формы, изготовленных из различных материалов. Массы тел известны и приведены в таблице, где указаны номера тел, размеры, объёмы и плотности которых требуется определить.

              

               2. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

                 1.1. Экспериментальная часть.

В этой части работы требуется выполнить линейные измерения величин, необходимых для определения объёма двух тел: прямоугольного параллелепипеда и круглого тела типа  шайбы или трубки. Тела изготовлены из разных материалов, массы тел даны в отдельной таблице.

На рис.1 приведены эскизы тел с обозначениями величин, которые надо найти методом прямых измерений с помощью штангенциркуля. Описание штангенциркуля дано в Приложении 1.

Рис 1.

Измерение каждой величины требуется выполнить n=10 раз, перемещая ножки штангенциркуля вдоль поверхности тела. Значения измеренных величин занести в таблицы 1 и 2. Указать массы тел и материал, из которого они изготовлены: металл, дерево, пластмасса.

   m =___________                            материал -  _____________ 

                                                                                                                                                Таблица 1

a, мм

b, мм

c, мм

    m =___________                         материал - _______________

                                                                      Таблица 2

h, мм

D,мм

d,мм

Указание 1. Таблицы 1 и 2 должны быть приведены в протоколе измерений, который подписывает преподаватель. В протоколе требуется также привести эскизы тел, их номера и массу, сведения о цене деления, систематической ошибке пр и ошибке округления шкалы  штангенциркуля.

Указание 2. Следующие разделы с обработкой результатов прямых и косвенных измерений и расчётами объёма и плотностей тел должны быть приведены в отдельном отчёте с названием выполненной лабораторной работы и с описанием экспериментальной части.

       2.2. Обработка результатов прямых измерений

Используя данные таблиц 1 и 2, вычислить средние значения всех величин, случайные отклонения от среднего, квадраты отклонений и суммы случайных отклонений и квадратов этих отклонений. Результаты этих расчётов занести в таблицы 3 и 4 .

                                                                                        Таблица 3

ai

ai

ai2

bi

bi

bi2

ci

ci

ci2

a1

a1

a12

b1

b1

b12

c1

c1

c12

…..

…..

…..

…..

…..

…..

…..

…..

…..

a10

a10

a102

b10

b10

b102

c10

c10

c102

<ai>

Σai

Σai2

<bi>

Σbi

Σbi2

<ci>

Σci

Σci2

                                                                                             Таблица 4

hi

hi

hi2

Di

Di

Di2

di

di

di2

h1

h1

h12

D1

D1

D12

d1

d1

d12

…..

…..

…..

…..

…..

…..

…..

…..

…..

h10

h10

h102

D10

D10

D102

d10

d10

d102

<hi>

Σhi

Σhi2

<Di>

ΣDi

ΣDi2

<di>

Σdi

Σdi2

Примечание: В таблицах 3 и 4 в верхней строке поместить обозначения измеряемых величин; в следующих строках  - численные значения.

Вычислить случайную статистическую погрешность xсл , величину отклонения x и точность определения среднего значения для  всех измеряемых величин по формулам:

       ,

где:  х – поочерёдно обозначает измеряемую величину;

        - коэффициент Стьюдента при  p = 0,95; n =10;

        -  среднеквадратичное отклонение.

При расчёте погрешностей руководствоваться методическими указаниями №100.

Учесть, что xпр   равно цене деления нониуса штангенциркуля. Величиной  можно пренебречь, если  .

Записать результаты прямых измерений c указанием численных значений:

 м;

 м;

 м;

   м;

 м;

  м;   

              3. КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ОБЪЁМА

Требуется найти объёмы двух тел, заполненные веществом. Обозначим объёмы V1 и V2 .

Для параллелепипеда среднее значение объёма:

                                     

Для шайбы (или отрезка трубки) формула для объёма получается методом вычитания из внешнего объёма  внутреннего объёма    .

Для среднего значения объёма V2 , занятого веществом, получим:

                      .

Вычислить среднюю величину измеренных объёмов (в м3) для двух твёрдых тел с указанием их формы.

Вычислить значения интервалов V для двух тел. Для этого требуется найти полные дифференциалы соответствующих функций и записать формулы для расчёта интервалов:

Выполнить расчёты V1 и V2 .

Результаты измерений объёмов представить с указанием численных значений:

                              м3;  

м3;  

4. КОСВЕННОЕ ИЗМЕРЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ОДНОРОДНОГО  ТВЁРДОГО ТЕЛА

Понятие плотности широко используется в физических и химических исследованиях, а также  в технических приложениях.

Вообще,   надо различать два вида плотностей: плотность количества вещества (числовую плотность) и плотность массы вещества, которую обычно называют сокращённо: плотность газа, жидкости или твёрдого тела.

Плотность количества вещества называется концентрацией и обозначается буквами: N или n, её размерность: м-3. Эта физическая величина характеризует свойства структурных элементов вещества: атомов, молекул и комплексов молекул (кластеров), а также  их число в единице объёма.

Плотность массы характеризует инертные свойства вещества, т.е. имеет большое значение при исследовании динамики движения газов, жидкостей и твёрдых тел. Плотность массы обозначают буквами: ρ или , её размерность: кг/м3.

В общем случае неоднородных сред плотность массы ρ измеряется в разных точках объёма  V и для её расчёта применяется формула: , т.е. плотность вычисляется как производная массы по объёму. Такая формула позволяет вычислить массу тела методом интегрирования.

Если тело однородное, т.е. его плотность сохраняется в разных точках объёма тела, то для её расчёта применяется формула: ρ=m/V, т.е. плотность оказывается функцией только массы и объёма тела: . В настоящей лабораторной работе измерение плотности выполняется для однородных твёрдых тел и её значение равно:

Требуется найти плотности <ρ1> и  <ρ2>  двух тел с известными массами, для которых выполнены измерения объёмов: V1 и V2 . Формула для расчёта интервалов ρ1  и ρ2  получается методом дифференцирования функции :

Результаты определения плотности двух тел представить с указанием численных значений:

 ;     

;     

5. ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ (ПРИМЕРНЫЕ):

     5.1. Объяснить цель работы, методику выполнения работы, какие измерения были прямыми и какие - косвенными.

     5.2. Ответить на вопросы по теории физических измерений.

     5.3. Решить дополнительную задачу с вычислением доверительного интервала (погрешности).

6. ЛИТЕРАТУРА

6.1. Методическое пособие для студентов №100 «Введение в физику: основы физических измерений» - г. Калининград, кафедра физики КГТУ, 2006г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

43087. Ванная печь непрерывного действия 85.5 KB
  Назначение печи. Тип печирегенеративная проточная с подковообразным направлением пламени. Варочный бассейн печи отапливается природным газом. Для отопления варочного бассейна печь оборудована шестью горелками расположенными с торцевой стены ванной печи противоположной ее выработочной части.
43088. Кондуктор для сверления 2-х отверстий ∅4.2 в детали рукоятка 1.6 MB
  Изучение закономерности влияния приспособления на точность и производительность выполняемых операций позволяет проектировать приспособления интенсифицирующее производство и повышающее его точность. Проводимая работа по унификации и стандартизации элементов приспособления создала основу для автоматизированного проектирования приспособлений с использованием ЭВМ и автоматов для графического изображения что приводит к ускорению технологической подготовке производства.3 Схема установки заготовки в приспособление упор наименование...
43089. Технологический процесс сборки и монтажа, «Микрофонного усилителя» с использованием технологической оснастки 480.5 KB
  Радиоэлектронная аппаратура (РЭА) широко применяется почти во всех отраслях народного хозяйства и стала активным катализатором их интенсивного развития. Для успешного выполнения предписанных ей функций РЭА должна обладать точностью, долговечностью, надежностью и экономичностью.
43090. ОБЛАКО ТЕГОВ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ФИЛЬТРАЦИИ ДАННЫХ 33.5 KB
  Для параллельных вычислений особенно важен вопрос оценки эффективности. В случае визуализации больших объемов данных, этот вопрос связан с тем, в таких случаях для сокращения времени работы и объема пересылок лучше применять параллельный рендеринг, а в каких фильтрацию данных
43091. Привод стенда балансировки роторов электродвигателей выполненного по системе генератор двигатель (ГД) без обратных связей 4.33 MB
  Процесс развития автоматизации электроприводов может быть разбит на два основных этапа. К первому этапу относиться создание устройств, предназначенных для выполнения операций автоматического управления собственно электроприводом. Сюда включают операции пуска, торможения, реверса, изменения скорости и т.п.
43092. Проектирование РПУ 581 KB
  Для постоянства уровня выходного сигнала при значительных изменениях его на входе придется включить в схему систему АРУ и несколько каскадов УПЧ. Избирательность по зеркальному каналу будет обеспечивать преселектор а избирательность по соседнему каналу неперестраеваемые фильтры каскадов УПЧ. спектр импульса занимает широкий диапазон частот и необходимо выполнить условие о неискажении формы импульсного сигнала при усилении далее система АРУ регулирующая входное напряжение первых каскадов УПЧ которые осуществляют основное...
43093. Дидактичний проект розробки заняття навчання технічній творчості 1.78 MB
  Так можна сказати що творчість як діяльність це результат що є створення нових оригінальних і більш сучасних матеріальних і духовних цінностей що володіють об'єктивною чи суб'єктивною значимістю а в свою чергу технічна творчість являє собою ефективний засіб виховання цілеспрямований процес навчання та розвитку творчих вмінь учнів у результаті створення матеріальних технічних об’єктів з проявами корисності та новизни. Основними формами технічної творчості є: – бригада раціоналізаторів;...
43094. Расчет параметров компенсированной линейной дискретной антенны 347.5 KB
  Требования к синтезу антенны . Построение в декартовых координатах диаграмм направленности лепестков антенны . Расчет разности фаз и временной задержки для каждого элемента антенны 11 7.