И ПЛОТНОСТИ ТВЕРДЫХ ТЕЛ
Цель работы: ознакомиться с работой нониуса, научиться проводить измерения линейных размеров тел c помощью штангенциркуля и микрометра и определять погрешности при измерениях и расчетах.
Принадлежности: штангенциркуль, микрометр, набор измеряемых тел.
Вопросы, знание которых обязательно для допуска к выполнению работы
1. Что называется нониусом?
2. Что такое цена деления? Как определить цену деления нониуса?
3. Что называется приборной погрешностью?
4. В каких случаях следует пользоваться штангенциркулем, в каких – микрометром?
5. Как определяется среднее арифметическое значение измерений?
6. Что называется абсолютной погрешностью (средней абсолютной погрешностью) измерений?
7. Что называется относительной погрешностью измерений?
8. Как рассчитать погрешность прямых измерений?
9. Как рассчитывается погрешность косвенных измерений в вашей работе?
10. Какие цифры называются значащими?
11. Как записывают окончательный результат физических измерений?
12. Расскажите порядок выполнения работы.
ВВЕДЕНИЕ
В науке, технике, повседневной жизни для измерения линейных величин пользуются различными приборами и инструментами.
Измерения длины производят масштабными линейками. Величина наименьшего деления такой линейки называется ценой одного деления. Обычно цена одного деления линейки равна 1 мм. Если измерения производят с точностью до долей миллиметра, то пользуются вспомогательной шкалой измерительного инструмента – нониусом. Для измерения линейных величин применяют линейный нониус.
Линейным нониусом называется специальная шкала, дополняющая обычный масштаб и позволяющая повысить точность измерений в 10…20 раз. Нониус служит для отсчета десятых долей меньшего деления масштабной линейки. Величина деления нониуса обычно меньше наименьшего деления масштабной линейки, она рассчитывается по формуле (k - 1)/k, где k – некоторое число делений масштабной линейки. Чаще всего для определения цены деления нониуса берут k= 10, тогда деление нониуса составляет (k - 1)/ k = 0.9 деления масштаба.
Измерение с помощью нониуса производится следующим образом: измеряемый объект устанавливается так, чтобы один конец его совпадал с нулем масштабной линейки, а сам объект располагался вдоль нее; нуль нониуса совмещается с другим концом измеряемого объекта. Для измерения длины нужно измерить по шкале масштабной линейки расстояние между нулем масштабной линейки и нулем нониуса. Таким образом, число целых делений отсчитывается по масштабной линейке. Число десятых и сотых делений определяется по значению деления нониуса, совпадающего с делением масштабной линейки.
Нониусами снабжают штангенциркули (рис. 2) и микрометры (рис. 3).
Рис. 2 Рис. 3
В микрометре используются микрометрические винты – винты с малым и очень точно выдержанным шагом. Один поворот винта микрометра передвигает его стержень на 0,5 мм. Барабан, связанный со стержнем, разбит на 50 делений. Поворот на одно деление соответствует смещению стержня на 0,01 мм. С этой точностью обычно и производятся измерения с помощью микрометра.
I. Штангенциркуль
Штангенциркуль (рис. 2) представляет собой масштабную линейку, с одной стороны которой имеется неподвижная ножка. Вторая ножка имеет нониус и может перемещаться вдоль масштабной линейки. Если ножки штангенциркуля сведены вместе, то нули масштаба и нониуса совпадают.
Измеряемое тело помещают между ножками штангенциркуля, а затем по масштабу между нулем масштаба и нулем нониуса отсчитывают количество целых миллиметров. Десятые доли миллиметра определяют по делению нониуса, совпавшему с делением масштабной линейки.
С помощью штангенциркуля можно измерять не только внешние, но и внутренние размеры, например внутренний диаметр трубки. Для этого пользуются острыми верхними выступами ножек штангенциркуля, которые опускают в измеряемую трубку и раздвигают до соприкосновения их со стенками трубки, а затем производят отсчет точно так же, как и при измерении внешних размеров тел.
II. Микрометр
Микрометр позволяет измерять внешние размеры предметов, если они не превышают 100 мм, например: диаметр проволоки, тонкие пластинки небольшой площади и т.п. Типичный микрометр изображен на рис. 3. Он имеет вид тисков, в которых измеряемый объект зажимается с помощью винта. На стержне винта A укреплен барабан С с нанесенной на нем шкалой, имеющей 50 делений (иногда 25 делений). При вращении микрометрического винта барабан скользит по линейной шкале Д. Точность измерения микрометром повышается (в сравнении со штангенциркулем) благодаря применению винтового механизма – весьма эффективного способа осуществлять тонкое поступательное движение. Измеряемый предмет помещают между винтом и противоположным ему упором, затем, вращая винт за головку В, доводят его до соприкосновения с измеряемым телом. По линейной шкале отсчитывают миллиметры, а по шкале барабана – сотые доли миллиметра.
Главным источником ошибок является неравномерность нажима винта на измеряемый предмет. Для равномерности нажима микрометрического винта на поверхность измеряемых тел микрометр снабжается фрикционной головкой В (трещоткой). Действие подобных приспособлений основано на трении между стержнем винта А и головкой В, поворачивающей винт.
Измеряемое тело помещают между винтом и противоположным упором и вращением барабана подводят торец винта к плоскости тела. Барабан следует вращать, прикладывая усилие не к нему самому, а к выступающей сзади головке В. Вращение головки вызывает перемещение винта только до его упора в поверхность измеряемого тела с определенным фиксированным нажимом, после чего фрикционная головка свободно прокручивается, издавая характерный треск. После срабатывания трещотки дальнейшее вращение головки Вбесполезно, а барабана - недопустимо. Таким образом, окончательный результат измерения всегда соответствует постоянному давлению винта А на предмет.
порядок выполнения работы.
Измерение линейных размеров бруска.
1. Измерить в разных местах высоту Н, длину l и толщину d бруска. Каждое измерение провести не менее 5 раз. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1
| № | Измеряемая величина | |||||
| п/п | Н, мм | DН, мм | l, мм | D l, мм | d, мм | Dd, мм |
| среднее значение |
2. Вычислить объем данного тела.
3. Вычислить относительную и абсолютную погрешности измерений в определении объема с использованием соответствующих аналитических зависимостей.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
