Файл: FizikaMekhanika1.doc

Перед тим, як виконувати лабораторну роботу, студент повинен вміти відповісти на розташовані в кінці опису лабораторної роботи питання, які мають своєю метою сприяти більш глибокому розумінню і засвоєнню лабораторної роботи.

Необхідно пам’ятати, що без уважної, глибокої підготовки ефект лабораторних занять і користь від них будуть значно меншими.

Проведення лабораторних занять. Приступаючи до роботи в лабораторії (робоче місце знаходимо за номером роботи) необхідно перевірити, чи всі прилади, які вказані в описі роботи, є на лабораторному столі. Прилади, яких недостає, можна отримати у лаборанта. Шукати самому ці прилади і брати їх з інших робочих місць категорично заборонено, тому що вони призначені для інших робіт або можуть не підходити для даної роботи, хоча ззовні будуть схожі на необхідні прилади.

Потім слід ознайомитися з приладами в цілому і з їх деталями. Поводитися з приладами треба обережно. Якщо при цьому буде виявлена якась несправність в приладі, необхідно негайно повідомити про це керівника лабораторного заняття. До нього треба звертатися і в тому випадку, коли виникають ті чи інші питання при ознайомленні з приладами.

Після ознайомлення з приладами можна приступати до виконання завдання, дотримуючись послідовності, вказаної в описі лабораторної роботи, а також використовуючи практичні вказівки. Уважна підготовка і ретельне виконання роботи забезпечують достовірні результати.

Результати вимірювань, обчислень і інші величини, які необхідні в роботі, разом з їх абсолютними похибками записуються в таблицю, розташовану в пункті “Виконання роботи”.

Результати вимірювань і дані необхідно записувати чітко і відразу після їх отримання. Слід пам’ятати, що результат роботи залежить не тільки від точності вимірювальних приладів, але і від ретельності вимірювань, від правильного їх запису. Неохайності, допущені в записах, при обробці результатів роботи можуть привести до грубих помилок і неправильних висновків.

В ході роботи буває корисним схематичний рисунок приладів і устаткування, електричної схеми установки. Після закінчення вимірювань за формулою, заданою в “Теоретичних відомостях”, визначають чисельне значення вимірюваної величини. З метою контролю результату дуже корисно, крім обчислень на папері, проводити наближені розрахунки усно. Необхідно встановити і записати абсолютні похибки всіх вимірюваних величин, користуючись вказівками, даними в описі роботи, обчислити їх, виходячи з точності приладів або за результатами вимірювань.

Результати всіх вимірювань, спостережень, обчислень і абсолютні похибки вимірюваних величин показують керівнику лабораторного заняття. Робота вважається виконаною в тому випадку, якщо керівник заняття дасть позитивну оцінку одержаним результатам. Після цього всі прилади і обладнання необхідно привести в той стан, в якому вони знаходилися до початку роботи.

Експериментатор повинен бути впевненим в правильності експериментальних даних, а це можливо тільки в тому випадку, якщо всі вимірювання здійснювалися кілька разів і кожен раз однаково ретельно.

Студенти, які з’явилися в лабораторію без конспектів з описом лабораторної роботи або не виявили знання з роботи при опитуванні, до виконання її не допускаються.

Оформлення результатів роботи. Звіт про виконання лабораторної роботи складають і здають викладачу, як правило, в день її виконання, але не пізніше наступного заняття. Звіт пишуть в спеціальному зошиті для лабораторних робіт або на окремому аркуші паперу. В звіті вказується дата виконання роботи, робоча формула, таблиця з результатами вимірювань, вимірювана величина, розрахунок відносної і абсолютної похибок, запис вимірюваної величини з абсолютною похибкою. Крім того, в звіті повинна бути схема або схематичний рисунок установки і приладів.

Безумовно, в деяких роботах будуть відхилення від вказаної схеми. Так, якщо результати роботи зображаються графічно, то проводити розрахунок похибок у кожній точці зазвичай не потрібно. В деяких роботах визначають абсолютну похибку середнього значення вимірюваної величини, а потім відносну похибку і т.д.

Графічний спосіб представлення результатів досліду. В тих лабораторних роботах, в яких необхідно простежити залежність однієї фізичної величини від іншої, результати роботи зображаються графічно. Для цього одну з величин задають довільно, а іншу вимірюють для кожного значення першої. Результати вимірювань представляють в прямокутній системі координат (в деяких випадках результати роботи зручніше представляти в полярних, циліндричних чи сферичних координатах). Довільно обрана величина є незалежною змінною, вона відкладається по осі абсцис. Залежна величина, яка називається функцією, відкладається по осі ординат.

Масштаби значень величин вибираються із міркувань наглядності графіків. Початок координат не обов’язково повинен мати значення нуль, він може починатися по відповідній осі з найменшого значення вимірюваної величини. З метою правильного використання всієї площі графіка необхідно визначити різницю між найбільшим і найменшим значеннями величини, що відкладається вздовж осі, і на одержане число поділити довжину відповідної координатної осі (довжини осей повинні бути приблизно рівними між собою, порядку 10 – 12 см). Результат ділення округляють та приймають за масштаб відповідної координатної осі. Проти кожної поділки на координатних осях треба написати числа, які відповідають величині, що відкладається, а на кінцях координатних осей (біля стрілок) – літерне позначення цих величин і, після коми, - її розмірність .

Кожній парі взаємозв’язаних чисел відповідає точка на площині. Точки, нанесені на графік, слід обводити кружками з радіусом, який дорівнює абсолютній похибці величини, що вимірюється. Через отримані точки проводять плавну криву, яка називається графіком функції. Спочатку криву креслять чорним олівцем, а потім остаточно наводять чорнилом чи пастою кулькової ручки. Криву, нарисовану від руки олівцем, витирають гумкою (при цьому точки повинні залишатися незайманими).

Сумнівні значення, якщо це можливо, перевіряють знову, і виявлені промахи не беруть до уваги при обробці результатів.

Для полегшення побудови графіків слід користуватися міліметровим папером.

Побудовані за експериментальними даними графіки дають досить наочне уявлення про залежність між величинами, які відкладаються вздовж координатних осей.

Користуючись графіком, можна в межах проведених вимірювань визначити ті значення величин, які експериментально не спостерігалися. Знаючи одну з таких величин, наприклад, точку на осі абсцис, можна визначити відповідну їй ординату, провівши через задану абсцису пряму, паралельну осі ординат, до перетинання з кривою. Чисельне значення довжини ординати і буде шуканим значенням величини, що відповідає заданому значенню величини, відкладеної по осі абсцис.

Лабораторна робота № 101

Визначення густини тіл правильної геометричної форми

Мета роботи:

1.Навчитися за допомогою штангенциркуля і мікрометра вимірювати лінійні розміри тіл.

2.Визначити густину тіл правильної геометричної форми і обчислити відносну і абсолютну похибки вимірювань.

Прилади і обладнання: тіла правильної геометричної форми (паралелепіпед циліндр, куля); ваги і гирьки; штангенциркуль; мікрометр.

Теоретичні відомості

Густина речовини є величина, яка визначається масою речовини в одиниці об’єму. Якщо маса тіла m, а його об’єм V, то густина тіла ρ визначається за формулою:

. (1)

У даній роботі маємо тіла правильної геометричної форми, їх об’єми обчислюються за відомими формулами стереометрії. Підставивши значення об’ємів відповідних тіл у формулу густини (1), одержимо формули густини речовини відповідних тіл: для паралелепіпеда

; (2)

для циліндра

; (3)

для кулі . (4)

Масу знаходять зважуванням тіла на технічних вагах, а лінійні розміри тіл правильної геометричної форми визначають за допомогою штангенциркуля чи мікрометра.

Опис приладів

Для вимірювання лінійних розмірів тіла з більшою точністю порівняно з безпосереднім відліком за масштабною лінійкою використовується штангенциркуль (рис.1). Основні його частини: штанга зі шкалою, вимірювальні губки і ноніус.

Ноніусом називається допоміжна лінійка (повзунок), яка може переміщуватися вздовж штанги. На кінці штанги знаходиться вимірювальна губка (виступ) А. Вздовж штанги переміщується рамка з ноніусом і такою ж самою вимірювальною губкою С і затискним гвинтом D.

В рамці є отвір, крізь який видно поділки масштабу. На рамці отвору нанесена шкала ноніуса, нульова риска якого при щільно зсунутих вимірювальних губках (виступах) А і С співпадає з нульовою рискою шкали штанги. Ноніусом визначаються дробові частини поділок шкали. Шкала ноніуса звичайно має 10 поділок, які дорівнюють 9 поділкам шкали штанги. Таким чином, кожна поділка ноніуса в даному випадку менша за поділку шкали штанги на 0,1мм. Це число називається точністю ноніуса. Якщо поділки шкали виражені в міліметрах, то точність ноніуса буде дорівнювати 0,1мм.

Таким чином, ноніус виготовляють таким, щоб n його поділок співпадали з (n - 1) поділками шкали штанги, тоді точність ноніуса . Отже, для того, щоб визначити ціну поділки ноніуса, необхідно нуль ноніуса сумістити з нулем шкали штанги і підрахувати, скільки поділок шкали штанги відповідають n поділкам ноніуса. Якщо n поділкам ноніуса відповідає (n –1) поділок штанги з ціною поділки α , то х n = α (n - 1), звідки ціна поділки ноніуса

.

Визначення розмірів тіл або відстаней зводиться до визначення того, на скільки зсунувся нуль ноніуса від нуля шкали штанги. Здійснювати відлік можна тоді, коли вимірювальні поверхні губок А і С щільно прилягають до предмета. Якщо нуль ноніуса точно співпадає з якою-небудь поділкою шкали штанги, значення останньої в міліметрах дає “точні” розміри вимірюваної величини. Звичайно нуль ноніуса не співпадає ні з однією з поділок шкали, а зміщується на деяку відстань від штриха, який відповідає цілим міліметрам. Пояснимо на прикладі, як у цьому випадку визначити лінійні розміри тіла.

З рис. 1 видно, що вимірюване тіло більше 25 і менше 26мм, так як нуль ноніуса зміщений вправо від штриха шкали (25мм). З цього рисунку видно, що третя поділка ноніуса співпадає з 28-ю поділкою шкали штанги. Так як поділка ноніуса менша поділки шкали штанги на 0,1мм, то відстань між 27-ю поділкою шкали штанги і другою поділкою ноніуса 0,1мм; відстань між 26-ю поділкою шкали штанги і першою поділкою ноніуса 0,2мм, а відстань між 25-ю поділкою шкали штанги і нульовою поділкою ноніуса 0,3мм. Таким чином, вимірювана довжина предмета більша 25мм на 0,3мм, тобто вона дорівнює 25,3мм.

Звідси одержуємо наступне правило для вимірювання відстаней штангенциркулем: за шкалою штанги відрахувати ціле число міліметрів до нуля ноніуса і добавити до нього десяті долі міліметра, які дорівнюють номеру риски ноніуса, що співпадає з однією з поділок шкали штанги. Якщо ні одна з поділок ноніуса не співпадає ні з однією поділкою шкали штанги, то беруть той номер поділки, який ближче всього до якої-небудь з поділок шкали штанги; в цьому випадку похибка буде меншою за половину точності, яку дає ноніус.

Штангенциркуль пристосований також для вимірювання розмірів отворів. Для цієї мети служать видовжені в протилежний бік кінці губок

( А і С ). Для вимірювання розміру отвору губки розсувають до дотику їх з внутрішньою поверхнею досліджуваного тіла і по ноніусу відраховують розмір отвору.

Якщо з рамкою штангенциркуля зв’язана вузька планка, яка переміщується по лінійці, то таким штангенциркулем можна вимірювати глибину отворів.

Для вимірювання малої товщини служить мікрометр, зображений на рис.2.

Головними частинами мікрометра є: скоба Е, в яку запресована п’ятка D, стебло L, в яке закручується мікрометричний гвинт A , тріскачка B і барабан N. Стебло мікрометра має шкалу з поділками 0,5мм і поздовжню відлікову риску. На конічній частині барабана є 50 поділок. При повному оберті барабана гвинт переміщується на 0,5мм, а так як барабан має 50 поділок, то ціна однієї поділки барабана 0,01мм. Повна кількість обертів відраховується за нерухомою шкалою стебла, а частини оберту – за круговою шкалою.

При стиканні вимірювальних площин п’ятки D і мікрометричного гвинта А нуль шкали барабана повинен співпадати з прямою лінією на стеблі, а кінець барабану з круговою шкалою повинен знаходитися на нулі шкали стебла. Вимірюваний предмет вставляється поміж вимірювальними площинами п’ятки і мікрометричного гвинта. В результаті обертання гвинта вимірювальні площини стикаються з вимірюваним предметом. Щоб забезпечити нормальний і всякий раз однаковий натиск на вимірюване тіло в той момент, коли стрижень підходить до нього, користуються тріскачкою, яка обертається, не приводячи до руху гвинт. Тріск при обертанні тріскачки говорить про те, що вимірювальні поверхні стикаються з тілом.