Лабораторна робота №3. Гідростатичне зважування.

На прохання чарівної дівчинки Даринки 15.11.2023 я викладаю відкориговану версію цієї лабораторної роботи.  

Гідростатичне зважування

Мета: визначити густину тіла речовини шляхом гідростатичного зважування.

Обладнання: динамометр, циліндр з невідомого матеріалу, штатив із муфтою та лапкою, мензурка з водою, ваги, пуста посудина для води.

Все обладнання представлено в анімації за посиланням

https://www.vascak.cz/data/android/physicsatschool/template.php?s=mech_archimedes&l=ua

Хід роботи

Підготовка до експерименту

1. При виконанні роботи в реальній фізичній лабораторії суворо дотримуйтесь інструкції з безпеки.

2. Експеримент проводиться за допомогою флеш –анімації. Якщо під час завантаження анімації виникнуть проблеми, то слід скористуватися інструкцією, як присутня на початку курсу. 

3. Розглядаємо ліву анімацію і прикріпляємо до пружини тіло масою 200 г. Тіло знаходиться на поверхнею рідини і може вільно пересуватися вгору –вниз. 

4. Вагу тіла записуємо в СІ у Ньютонах. Для цього масу переводимо в кг та помножаємо на прискорення вільного падіння  в розрахунках прийняти: g=10 м/c^2.    

$P_1=0,2*10=2\:H$      

5. Відливний стакан повністю заповнений рідиною. 

6. Опускаємо тіло у стакан до повного занурення і визначаємо нову вагу циліндру, зануреного в рідину. 

$P_2=0,132*10=1,32\:H$

7. Розрахувати густину тіла за формулою: $\rho_{T1}=\frac{\rho P_1}{P_1-P_2}$ 

$\rho_{T1}=\frac{1000*2}{2-1,32}\approx 2941$ $кг/м^3$

За другою правою частиною анімації розрахувати об’єм циліндру та його густину. Для цього проробимо наступні пункти анімації.

8. Визначаємо вагу циліндру та пустої посудини до занурення в рідину P1.

$P_1=3\;H$

9. Занурюємо повністю в рідину циліндр та визначаємо друге значення ваги зануреного тіла P2.

$P_2=2,3\;H$

10. При повному зануренні з’являються дві кнопки для продовження експерименту.  

11. Натискаємо послідовно жовту та зелену кнопку та спостерігаємо результат. 

12. Описуємо явище, яке спостерігаємо при проведенні другої частини експерименту. 

13.   Визначаємо об'єм тіла

$V=\frac{P_1-P_2}{\rho g}$

$V=\frac{3-2,3}{1000*10}=0,00007$ $м^3$

14.   Та розраховуємо його густину за даними його маси з першого досліду 

$\rho_{T2}=\frac{P_1}{gV}$

$\rho_{T2}=\frac{2}{10*0,00007}\approx 2857$ $кг/м^3$

Результати у таблиці:

 Опрацювання результатів експерименту

Обчисліть абсолютну та відносну похибки вимірювання:

  

Аналіз експерименту та його результатів

Проаналізуйте експеримент та його результати. Зробіть висновок, у якому зазначте: 

1) величину, яку ви вимірювали; ми вимірювали густину 

2) результат вимірювання; перший метод 2941 кг/м^3, другий метод 2857  кг/м^3

3) який метод був більш точний і чому; перший метод був точнішим тому, що масу вимірювали більш точним цифровим динамометром, а у другому методі вагу вимірювали динамометром з ціною поділки 1 ньютон, тому похибка визначення дрібної частини показів динамометра досить значна 

4) в чому причина можливих похибок в реальних лабораторіях.

Похибки вимірювальних приладів, похибки зчитування даних з вимірювальних приладів, похибки методів вимірювання. 

Висновок:  густину тіла можна визначити методом гідростатичного зважування. Точність визначення густини залежить від точності вимірювальних засобів. 

Завдання 2

За анімацією роботи за посиланням https://www.thephysicsaviary.com/Physics/Programs/Labs/ForceBuoyancy/ запропонувати експеримент. В експерименті зазначити, яку величину можна визначити за допомогою обладнання та навести приклад розрахунку. 

З зазначеним обладнанням можна провести, зокрема, такі експерименти:

1) Визначення густини рідини 

- Задаємо таку масу пляшки, щоби вона тонула; 

- Фіксуємо  покази динамометра Р1 і об’єм пляшки V, коли пляшка у повітрі; 

- Занурюємо пляшку у рідину і фіксуємо покази динамометра Р2, коли пляшка повністю занурена у рідину, але не торкається дна;

- Обчислюємо густину рідини за формулою:

$\rho=\frac{P_1-P_2}{V}$

2) З’ясувати,чи залежить здатність тіла плавати у певній рідині від того, на якій планеті  проводиться експеримент?

Відповідь: не залежить, все, що плаває в умовах Землі буде також плавати на іншій планеті.  Все, що тоне в умовах Землі, потоне на іншій планеті.  Потоне, чи буде плавати тіло залежить від співвідношення виштовхувальної сили Fa і сили тяжіння Р

$F_a=\rho Vg$        (1)

$P=mg$        (2)

$P>F_a$   - потоне,        $P<F_a$   - плаває.

Щоби тіло не потонуло необхідна умова:

$mg\leq\rho Vg$       (3)

Можем скоротити на g

$m\leq \rho V$        (4)

З   (4)   витікає висновок, що здатність тіла певної маси плавати залежить від густини рідини і об’єму тіла і не залежить від сили тяжіння планети.

Контрольні питання:

1. Чому сила натягу пружини при зважуванні в повітрі та в воді - різна?

У воді на тіло діє виштовхувальна сила, що зменшує вагу тіла.

2. При яких умовах може змінюватися вага тіла?  

Вага тіла може змінюватися залежно від сили тяжіння планети і виштовхувальної сили середовища, в якому перебуває тіло.

3. Чому дорівнює зміна об’єму рідини в мензурці? 

Вона дорівнює об’єму зануреної у рідину частини тіла.

Підтримайте, ставте лайк, якщо допоміг. Не зрозуміли - запитуйте, поясню.  Потрібна допомога у розв'язанні задач з фізики - пишіть на ivankonosovskiy@gmail.com   Допоможу безкоштовно.