Завдання 1 Придумай сам фізика Тема Точне зважування

Завдання: 1. Придумай сам: фізика. Тема: Точне зважування. Дослідіть фізичні ефекти, які впливають точне зважування твердих об'єктів з масою від 10 до 100 г.

На сучасний момент викоритовуються наступні способи точного зважування: 1. Зважування шляхом порівняння вимірюваної маси і відомої маси на рівноплечих (або нерівноплечих) вагах; 2. Зважування шляхом вимірювання лінійних або кутових деформацій пружного елементу на крутильних вагах; 3. Зважування шляхом вимірювання пневматичного тиску, що зрівноважує досліджувану масу (вантажопоршневі ваги); 4. Зважування шляхом вимірювання постійного струму, що компенсує вагу за допомогою котушки, поміщеної в полі постійного магніту; 5. Зважування шляхом вимірювання переміщення рівня рідини, що викликається зануреним у неї тілом (гідростатичні ваги). Найбільш точно і просто досягти результату зважування на практиці можна скориставшись першим способом, тобто порівнянням мас об’єкту і важків на рівноплечих вагах (рис. 1). Вісь коливання коромисла А, та осі коливання грузоприймальних чаш В і С лежать у одній площині. D- центр ваги вузла коромисла, завжди знаходиться нижче А, бо в противному випадку, при найменшому відхиленні, ваги губили б свою стійкість і не повертались у вихідне положення. Умова рівноваги таких вагів: Ql cosα = Pl cosα + Gf sinα , (1) де Q - масса зважуваного тіла; Р - маса зрівноважуючих гирь; G - маса коромисла разом з чашами та тілом на них; l - довжина плеч коромисла; f =АD; α - кут відхилення. З (1) маємо: (2) а при малих α: (3) З (3) рівнянyя слідує, що чутливість вагів обернено пропорційна масі рухомої частини вагів та відстані АD. Тобто, ціна поділки шкали - перемінна і при кожному точному зважуванні її треба визначати окремо. Рис. 1 – Загальна схема рівноплечих вагів: 1 коромисло з опорною призмою; 2, 2’ грузоприймальні призми; 3, 3’ - чаші; 4 – стрілка; 5 – шкала.

1. Метод подвійного зважування (метод Гауса). Найбільш тонкий та точний; ідея його полягає в наступному - якщо на одній чаші тіло масою Q зрівноважене гирями P 1 на іншій чаші, то: Ql 1 = P 1 l 2, (4) де l 1 та l 2 - плечі вагів. Якщо перемістити тіло на іншу чашу, зміняться умови рівноваги: Ql 2 = P 2 l 1. (5) Поділивши (4) на (5) отримуємо: (6); (7); Звідки: Тобто результат вільний від похибки, що обумовлюється різницею довжини плечей. Коли l 1 та l 2 близькі, приймають: (8).

2. Зважування в повітрі На кожне тіло в повітрі діє виштовхувальна сила, рівна вазі повітря в об’ємі даного тіла. У результаті зважування в повітрі досліджуваного тіла і важків вони втрачають у своїй вазі стільки скільки важить витіснене ними повітря. Умова рівноваги для рівноплечих терезів матиме вигляд: P – FА = PВ – FАВ або P(1 – FА/P) = PВ(1 – FАВ/PВ), де P і PВ – вага тіла і важків у вакуумі, FА і FАВ – виштовхувальні сили, що діють на тіло і важки, відповідно. Враховуючи, що P = mg = ρVg, PВ = mвg = ρв. Vвg, FА = mпg = ρп. Vg, FАВ = mпвg = ρп. Vвg, умова рівноваги матиме вигляд: P(1 – ρп/ρ) = PВ(1 – ρп/ρв), m(1 – ρп/ρ) = m. В(1 – ρп/ρв), де V і Vв – об’єми тіла і важків, ρ, ρп, ρв – густини тіла, повітря і важків відповідно. Оскільки зважуване тіло і важки зазвичай мають різні об’єми, то знайдене значення ваги тіла в повітрі відрізняється від його ваги у вакуумі, що зумовлене різними виштовхувальними силами , що діють на тіло і важки. Справжнє значення маси тіла у вакуумі з урахуванням поправки на втрати в повітрі можна знайти по формулі: m= m. В(1 – ρп/ρв)/ (1 – ρп/ρ) ≈ m. В(1 – ρп/ρв+ ρв/ρ). Основні чинники (ефекти), які впливають на точність зважування: густина повітря, тіла і важків, об’єми тіла і важків, температура, розміщення тіла і важків на чашах терезів.