Лабораторнаробота № 6.
ВИЗНАЧЕННЯГУСТИНИ ТВЕРДОГО ТІЛА ТА РІДИНИ ГІДРОСТАТИЧНИМ ЗВАЖУВАННЯМ.
Мета роботи: використавши закон Архімедата, знаючи густину води, визначити густину твердого тіла та рідини.
Прилади іматеріали: терези, пристосовані длягідростатичного зважування; набір важків; досліджуване тверде тіло; склянка здистильованою водою та склянка з досліджуваною рідиною.
Теоретичнівідомості.
Густиною речовининазивають масу одиниці об’єму речовини. Щоб знайти густину, потрібно масу тіла m поділити на його об’єм V:
/> (1)
Масу тіла можнавизначити досить точно з допомогою терезів. Об’єм же тіла (особливо, якщо тілонеправильної форми) визначається зі значно більшою похибкою, що приводить дозначної похибки кінцевого результату. Зменшити похибку дозволяє метод гідростатичногозважування, який полягає в наступному.
Підвісимодосліджуване тіло з допомогою тонкої дротини або рибальської волосіні до шалькитерезів (див. рис.1) і зважимо його. Зважування дасть вагу тіла в повітрі P1 = m1g. Якщо нехтувати виштовхувальною силою,що діє на тіло і на важки з боку повітря, то маса важків дорівнюватиме масітіла: m1 = m. Потім зануримо тіло у дистильовану воду, густина якої ρ0,і знову зрівноважимо терези. Це зважування дасть вагу тіла у воді P2(див. рис.2):
/> (2)
З іншого боку P2=m2g, де m2- маса важків при зважуванні, а FA=ρ0Vg, де V — об’єм тіла. Отже:
/> (3)
Оскільки: /> (4)
то: />
Після перетвореньодержимо:
/> (5)
/>
Метод гідростатичногозважування дозволяє визначити і густину рідини. Для цього потрібно виконати щеодне зважування — в досліджуваній рідині. Це зважування дає:
/> (6)
де: /> />
Після підстановкиматимемо:
/>
або: />/> (7)
В (7) підставимовираз для об’єму тіла (4):
/>/> (8)
В (8) підставимовираз (5) для ρТ :
/>/>
Одержимо: />/> (9)
Хід роботи.
1. Нагідростатичних терезах зважте тіло в повітрі та у дистильованій воді. Масиважків m1 та m2 запишітьв таблицю 1. Оскільки в (5) та (9) маса входить у вигляді відношення, то втаблицю значення маси можна записувати у грамах. Зважування слід виконати два — три рази.
2. Зважте тіло вдосліджуваній рідині. Перед опусканням тіла в рідину видаліть з нього краплиниводи. Масу важків m3 теж запишіть в таблицю.Повторіть зважування.
3. За формулами(5) та (9) визначте густину тіла та досліджуваної рідини. />.
4. Обчислітьпохибку вимірювання.
Для ρТ:/>/> (10)
Для ρр: />/> (11)
/> не перевищує />, або 0.3%; />m1, />m2 і />m3 визначаютьсяполовиною маси найменшого важка, використаного під час зважування. Якщо якийсьіз доданків в (10) чи в (11) значно менший від інших, то його можна невраховувати під час обчислень.
Табл..1№
m1, г
m2, г
m3, г
/>ρт, />
Eт, %
ρр ,/>
Eр, % 1 2 3 Сер.
Контрольнізапитання.
1. Що називаютьгустиною речовини? В яких одиницях вона вимірюється?
2. Сформулюйте іпоясніть закон Архімеда для рідин і газів.
3. Чи потрібновносити поправку на виштовхувальну силу при зважуванні тіла в повітрі? В якомувипадку маса важків буде точно дорівнювати масі тіла?