Файл: Учебнометодическое пособие для направлений подготовки 44. 03. 01 Педагогическое образование и 44. 03. 05 Педагогическое образование (с двумя профилями подготовки).docx

Масса. Инертная и гравитационная массы.
Понятия веса, силы, удельного веса.
Плотность вещества. От чего зависит плотность вещества?
Объем фигур правильной геометрической формы.
Единицы измерения массы, веса, силы, удельного веса, плотности, объема, длины в системах СИ и СГС.
Методика выполнения лабораторной работы.
Методика работы со штангенциркулем, микрометром, техническими весами.

Вопросы для защиты

Что называется абсолютной и относительной погрешностями?
Что называется систематической погрешностью?
Как рассчитать погрешности измерительных приборов для каждого конкретного измерения?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Определение плотности твердых тел методом пикнометра

и методом гидростатического взвешивания

Цель работы: знакомство с методами, служащими для измерения плотности твердых тел, имеющих неправильную геометрическую форму.

Введение

Как известно, плотностью называется масса, заключенная в единице объема какого-либо тела. Поэтому определение плотности сводится к определению массы тела и его объема.

Массу тела можно определить путем взвешивания, то есть путем сравнивания с массой разновесок известной величины.

Непосредственное же измерение объема тела, если оно ограничено сложной поверхностью, затруднительно. Поэтому поступают так: тело взвешивают в воде и (опираясь на закон Архимеда), определяют массу воды, вытесненную телом (считается, что до этого тело взвесили в воздухе). Зная плотность воды, вычисляют объем тела. Плотность воды при соответствующей температуре берется из табличных данных.

С понятием плотности тела не следует смешивать понятие удельного веса тела. Удельным весом называется вес в единице объема тела. Удельный вес d и плотность  любого тела связаны между собой соотношением:

где g – ускорение силы тяжести. То есть между удельным весом и плотностью имеется та же связь, что между весом и массой тела. Действительно, если удельный вес выражается

, а плотность –

, то удельный вес тела будет численно равен его плотности.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА По методу ПИКНОМЕТРА

Принадлежности: технические весы, разновески, пикнометр, исследуемые твердые тела сложной формы, стеклянная трубка для отбора воды, термометр.

Введение

Пикнометр – это стеклянный сосуд c узким горлышком определенной формы и объема (чаще всего 25-250 мл). Жидкость в пикнометре наливается до метки на горлышке. Метод определения плотности тел с помощью пикнометра является одним из наиболее точных.

Не поправленная плотность, то есть плотность, определенная без учета кажущейся потери веса при взвешивании в воздухе, будет равна:

,

где m – масса кусочков твердого тела (без поправки на кажущуюся потерю веса в воздухе), М – масса пикнометра с водой (налитой до метки), M₀– масса пикнометра с водой (налитой до метки) и кусочками твердого тела в нем,  – плотность воды при температуре опыта (берется в таблице).

Для получения исправленной плотности приведем следующие рассуждения. Пусть:

V – суммарный объем кусочков исследуемого тела,

 – их плотность,

 – плотность воздуха (берется в таблице),

 – плотность разновесок.

Тогда получим, что:

–истинная масса кусочков исследуемого тела,

– истинная масса вытесненной воды,

– масса воздуха, вытесненного кусочками тела и водой,

– масса воздуха, вытесненного разновесками, уравновешивающими кусочки твердого тела,

– масса воздуха, вытесненного разновесками, уравновешивающими воду.

Отсюда: для тела получим:

или

; (1)

для воды соответственно имеем:

; (2)

разделив равенство (1) на равенство (2) получим:

.

Окончательно имеем:

. (3)

Порядок выполнения работы

Определить массу m возможно большего количества кусочков твердого тела с точностью до 10 мг.
Наполнить пикнометр водой и определить массу пикнометра с водой – М, с точностью до 10 мг (при этом необходимо избавиться от пузырьков воздуха на дне и стенках пикнометра).
Высыпать кусочки твердого тела в пикнометр, отобрать излишек воды с помощью стеклянной трубочки и определить массу пикнометра с остатком воды и твердым телом в нем – М₀, с точностью до 10 мг (при этом следует обратить особое внимание на то, чтобы на кусочках твердого тела, на дне и на стенках пикнометра не остались пузырьки воздуха).
Произвести расчет плотности по формуле (3).

Примечание. Все измерения по методу пикнометра провести три раза, а результаты измерений занести в таблицу. По результатам работы сделать подробный вывод.

Таблица 1 (метод пикнометра)

№	m	М
1
2
3

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТВЕРДОГО ТЕЛА

МЕТОДОМ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ

Принадлежности: технические весы, разновески, подставка (треножник), исследуемое твердое тело, стеклянный сосуд (стаканчик), тонкая проволока, термометр.

Введение

Обозначим неисправленное значение массы исследуемого тела через m, а через m₁ – его массу в воздухе вместе с проволокой.

Пусть кажущаяся масса тела с проволокой при погружении в воду будет m₂. Таким образом, масса вытесненной воды будет равна:

.

Тогда не поправленная плотность тела будет вычисляться:

.

Полученная плотность должна быть исправлена, так как не принята в расчет кажущаяся потеря веса тела и веса воды в воздухе. Если при температуре взвешивания t плотность воды равна , плотность воздуха , то, очевидно, для исправленной величины плотности тела следует записать:

, (1)

где V – объем тела, равный объему вытесненной им воды. Величина этого объема определяется из уравнения:

. (2)

Выражая из полученного уравнения (2) объем V и подставляя результат в уравнение (1) получим выражение для исправленной плотности  тела:

. (3)

Поправкой на потерю веса проволоки в воде в виду ее малости можно пренебречь.

Порядок выполнения работы

Определить массу m исследуемого тела с точностью до 10 мг.
П одвесить тело в воздухе на тонкой проволоке необходимой длины и определить массу m₁ исследуемого тела с проволокой в воздухе с точностью до 10 мг.
Поставить подставку (смотрите рисунок) над чашкой весов; на подставку поместить стакан с достаточным количеством воды и при опущенном арретире погрузить испытуемое тело в воду.
Поднять арретир и сняв часть гирек с другой чашки весов, привести весы в равновесие, таким образом, определив массу тела в воде m₂ с точностью до 10 мг. (При этом необходимо следить, чтобы тело не касалось стенок и дна сосуда, чтобы через поверхность воды проходила только одна не перекрученная проволока (для уменьшения капиллярного действия), и, наконец, чтобы не было на поверхности тела пузырьков воздуха.)
Произвести расчет плотности по формуле (3).

Примечание. Все измерения по методу гидростатического взвешивания провести три раза, а результаты измерений занести в таблицу. По результатам работы сделать подробный вывод.