Визначення густини твердого тіла та рідини гідростатичним зважуванням
Лабораторна робота № 6.
ВИЗНАЧЕННЯ ГУСТИНИ ТВЕРДОГО ТІЛА ТА РІДИНИ ГІДРОСТАТИЧНИМ ЗВАЖУВАННЯМ.
Мета роботи: використавши закон Архімеда та, знаючи густину води , визначити густину твердого тіла та рідини.
Прилади і матеріали: терези, пристосовані для гідростатичного зважування; набір важків; досліджуване тверде тіло; склянка з дистильованою водою та склянка з досліджуваною рідиною.
Теоретичні відомості.
Густиною речовини називають масу одиниці об’єму речовини. Щоб знайти густину, потрібно масу тіла m поділити на його об’єм V:
(1)
Масу тіла можна визначити досить точно з допомогою терезів. Об’єм же тіла (особливо , якщо тіло неправильної форми) визначається зі значно більшою похибкою, що приводить до значної похибки кінцевого результату. Зменшити похибку дозволяє метод гідростатичного зважування, який полягає в наступному.
Підвісимо досліджуване тіло з допомогою тонкої дротини або рибальської волосіні до шальки терезів (див. рис.1) і зважимо його. Зважування дасть вагу тіла в повітрі P>1> = m>1>g. Якщо нехтувати виштовхувальною силою, що діє на тіло і на важки з боку повітря, то маса важків дорівнюватиме масі тіла: m>1> = m. Потім зануримо тіло у дистильовану воду, густина якої ρ>0>, і знову зрівноважимо терези. Це зважування дасть вагу тіла у воді P>2>> >(див. рис.2):
(2)
З іншого боку P>2>=m>2>g, де m>2>> >- маса важків при зважуванні, а F>A>=ρ>0>Vg, де V - об’єм тіла. Отже:
(3)
Оскільки:
(4)
то:
Після перетворень одержимо:
(5)
Метод гідростатичного зважування дозволяє визначити і густину рідини. Для цього потрібно виконати ще одне зважування - в досліджуваній рідині. Це зважування дає:
(6)
де:
Після підстановки матимемо:
або:
(7)
В (7) підставимо вираз для об’єму тіла (4):
(8)
В (8) підставимо вираз (5) для ρ>Т> :
Одержимо:
(9)
Хід роботи.
1. На гідростатичних терезах зважте тіло в повітрі та у дистильованій воді. Маси важків m>1> та m>2>> > запишіть в таблицю 1. Оскільки в (5) та (9) маса входить у вигляді відношення, то в таблицю значення маси можна записувати у грамах. Зважування слід виконати два - три рази.
2. Зважте тіло в досліджуваній рідині. Перед опусканням тіла в рідину видаліть з нього краплини води. Масу важків m>3> теж запишіть в таблицю. Повторіть зважування.
3. За формулами (5) та
(9) визначте густину тіла та досліджуваної
рідини.
.
4. Обчисліть похибку вимірювання.
Для ρ>Т>:
(10)
Для ρ>р>:
(11)
не перевищує
,
або 0.3%;
m>1>,
m>2>
і
m>3
>визначаються
половиною маси найменшого важка,
використаного під час зважування. Якщо
якийсь із доданків в (10) чи в (11) значно
менший від інших, то його можна не
враховувати під час обчислень.
Табл..1
|
№ |
m>1>, г |
m>2>, г |
m>3>, г |
|
E>т>, % |
ρ>р
>>,> |
E>р>, % |
|
1 |
|||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
|||||||
|
Сер. |
Контрольні запитання.
1. Що називають густиною речовини? В яких одиницях вона вимірюється?
2. Сформулюйте і поясніть закон Архімеда для рідин і газів.
3. Чи потрібно вносити поправку на виштовхувальну силу при зважуванні тіла в повітрі? В якому випадку маса важків буде точно дорівнювати масі тіла?