Визначення густини твердого тіла та рідини гідростатичним зважуванням
СОДЕРЖАНИЕ: 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.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 mподілити 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 P1 = m1 g. Якщо нехтувати виштовхувальною силою, що діє на тіло і на важки з боку повітря, то маса важків дорівнюватиме масі тіла: m1 = m. Потім зануримо тіло у дистильовану воду, густина якої 0 , і знову зрівноважимо терези. Це зважування дасть вагу тіла у воді P2 (див. рис.2):
(2)
З іншого боку P2 =m2 g, де m2 - маса важків при зважуванні, а FA =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 Т :
Одержимо: 
(9)
Хід роботи.
1. На гідростатичних терезах зважте тіло в повітрі та у дистильованій воді. Маси важків m1 та m2 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 m3 теж запишіть в таблицю. Повторіть зважування.
3. За формулами (5) та (9) визначте густину тіла та досліджуваної рідини.
.
4. Обчисліть похибку вимірювання.
Для Т
: 
(10)
Для р
: 
(11)
не перевищує 
, або 0.3%; 
m1
, m2
і m3
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
| № | m1 , г | m2 , г | m3 , г |  т
, |
Eт , % | р
,
|
Eр , % |
| 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?