Теоретические сведения

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПЛОТНОСТИ ТЕЛА ПРАВИЛЬНОЙ ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ

Цель работы: освоить методы линейных измерений и приобрести навыки оценки погрешностей прямых и косвенных измерений.

Оборудование: деревянный, металлический или пластмассовый цилиндр; деревянный, металлический или пластмассовый прямоугольный параллелепипед, штангенциркуль, микрометр.

Теоретические сведения

Масса тела зависит от его плотности ρ и объема V: . Если тело состоит из однородного материала, то его масса m = ρ∙ V. Это позволяет определить плотность однородных тел по измерениям их масс и объемов:

ρ= m / V (1.1)

Значения масс тел нанесены непосредственно на них. Погрешностью определения массы следует считать единицу последнего десятичного разряда указанного значения массы.

Объем тела правильной формы определяется по его линейным размерам. Формулы расчета объема для цилиндра и прямоугольного параллелепипеда соответственно:

, (1.2)

. (1.3)

Линейные размеры определяют с помощью штангенциркуля и микрометра.

Штангенциркуль представляет собой масштабную линейку с наименьшим делением в 1 мм, на которой закреплены ножки: одна неподвижная, другая соединена с подвижной рамкой. На подвижной рамке нанесена шкала линейного нониуса. Если ножки штангенциркуля сведены вместе, то нули масштаба и нониуса совпадают. Измеряемое тело помещают между ножками штангенциркуля, а затем отсчитывают число целых миллиметров от нуля линейки до нуля нониуса. Десятые доли миллиметра определяют по одному из следующих делений нониуса, тому, которое точно совпадет с одним из делений линейки над шкалой нониуса. С помощью штангенциркуля можно измерять не только внешние, но и внутренние размеры, например, внутренний диаметр трубки. Также с помощью выдвижного стержня можно измерять глубину. Точность измерения штангенциркулем, его систематическая погрешность, – 0,1 мм.

Для измерения с точностью, большей 0,1 мм, пользуются приборами, которые основаны на действии микрометрического винта. Ходом или шагом микрометрического винта называется расстояние, на которое перемещается винт вдоль оси линейной шкалы, если головка винта совершает один оборот. Так, если говорят, что шаг винта равен 1 мм, то это значит, что за один полный поворот вокруг оси винт перемещается вдоль оси на 1 мм. Если на боковую поверхность ручки винта по окружности нанести 100 делений (сферический нониус), то при повороте винта на одно деление он сместится вдоль оси на 0,01 мм. Наиболее распространен микрометр, у которого цена деления линейной шкалы равна 0,5 мм, т. е. шаг винта равен 0,5 мм. У такого микрометра на боковой поверхности ручки винта по окружности нанесено 50 делений. Точность измерения микрометром, его систематическая погрешность, – 0,01 мм. При измерении предмет помещают между упором и микрометрическим винтом и вращают винт с помощью трещетки на конце ручки, которая имеет холостой ход, т. е. продолжает вращаться, когда винт уже неподвижен. Этим достигается нормальный и всякий раз одинаковый нажим на измеряемое тело. Отсчет числа целых миллиметров (и их половинок, если они нанесены) производится по неподвижной линейной шкале, числа сотых долей миллиметра – по тому делению подвижной шкалы на головке винта, которое совпало с нулевой линией неподвижной шкалы. Приблизительно можно оценить также число тысячных долей миллиметра, мысленно поделив сотую долю на 10 частей и отметив, сколько этих частей отсекается нулевой линией неподвижной шкалы в пределах одной сотой доли миллиметра. Результаты отсчетов по линейной неподвижной шкале и сферическому нониусу суммируются.

Измерения деревянных предметов производятся с помощью штангенциркуля, измерения предметов из других материалов – с помощью микрометра.