Деякі методи вимірювання та основні прилади, які використовуються в лабораторії механіки та молекулярної фізики Мета роботи:

1. Ознайомитися з методами вимірювання фізичних величин в лабораторії “Механіки та молекулярної фізики”.

2. Навчитися користуватися основними приладами, що використовуються під час вимірів в лабораторії “Механіки та молекулярної фізики”.

3. Засвоїти графічний метод зображення результатів вимірювань фізичних величин.

Прилади та матеріали:

1. мікрометр, штангенциркуль, відліковий мікроскоп;

2. рідинний манометр, термометр, термопара;

3. аналітичні терези.

1. Вимірювання довжини

Мікрометр

Мікрометр використовують для вимірювання діаметрів дротів, невеликих за товщиною пластинок і т.п. Мікрометр має вигляд лещат (рис. 1.1).

Мікрометричний гвинт 1 з’єднаний з барабаном 2. На барабані нанесена шкала що має 50 або 100 поділок. Хід гвинта може бути 1 або 0,5 мм. Обертаючись, барабан переміщується уздовж лінійної шкали 3. При затиснутому мікрометричному гвинті, нуль барабана збігається з нулем шкали.

Вимірюваний предмет розташовують між упором 4 та гвинтом 1, потім, обертаючи гвинт 1 за голівку 5, доводять його до зіткнення із предметом. За шкалою 3 відраховують цілі міліметри, а за шкалою барабана соті частки міліметра. Головним джерелом похибок вимірювань є нерівномірність натиску барабана на вимірюваний предмет. Для усунення цього недоліку мікрометри мають голівку 5. Голівка з’єднана із гвинтом не наглухо, а, обертаючись, зачіпає своїми зубцями за зубці стрижня гвинта. Обидві системи зубців притиснуті один до другого за допомогою слабкої пружини. Якщо тиск гвинта перевищить деяку величину, голівка звільняється від з’єднання із гвинтом і перестає повертати гвинт. При цьому предмет притискається гвинтом з деякою п

Рис. 1.1 - Мікрометр

остійною силою.

ПРИМІТКА: якщо нуль барабана, при затиснутому гвинті не збігається з нулем шкали D, необхідно при вимірюваннях вводити відповідне виправлення.

Метод ноніуса

Для вимірювань лінійних розмірів тіл застосовується масштаб з ноніусом. Масштабом називається лінійка, розділена на сантиметри й міліметри. Ноніус це допоміжна лінійка, яка вільно переміщується уздовж масштабу, що дозволяє підвищити точність вимірювань (рис. 1.2).

На ноніусі нанесені m поділок так, що одна поділка ноніуса дорівнювала поділок масштабу. Застосування ноніуса дозволяє відраховувати з точністю до 1/m частини найменшої поділки масштабу. Якщо відстань між сусідніми поділками масштабу дорівнює y, а між сусідніми поділками ноніуса x, тоді , звідки: .

В

Рис. 1.2 – Масштаб з ноніусом

еличину називають точністю ноніуса, яка визначає найбільшу похибку ноніуса. Частіше застосовується ноніус із поділками рівними поділок масштабу.

При дуже дрібних поділках масштабу поділки ноніуса роблять більшими, а саме , де N ціле число, наприклад 2 або 5. Точністю ноніуса як і раніше залишається .

За будь-якого положення ноніуса одна з його поділок співпадає з якою-небудь поділкою масштабу. Відлік за допомогою ноніусу заснований на фіксації цього збігу.

Р

Рис. 1.3 – Вимірювання методом ноніуса

озглянемо процес вимірювання. Нехай L – вимірюваний відрізок (рис. 1.3). Сумістимо з його початком нульову поділку основного масштабу. При цьому кінець відрізка виявиться між k та k+1 поділкою масштабу.

Тоді можна написати, що

, (1.1)

де L невідома поки частка поділки масштабу. Прикладемо до кінця відрізка ноніус так, щоб нуль ноніуса збігся з кінцем відрізка. Оскільки поділки ноніуса не дорівнюють поділкам масштабу, то як обов’язково знайдеться поділка ноніуса n, що збігається з k+n поділкою масштабу. Таким чином, як видно з рисунку .

Вся довжина відрізка дорівнює

, (1.2)

таким чином, довжина відрізка вимірюваного за допомогою ноніуса, дорівнює числу цілих поділок масштабу плюс точність ноніуса помножена на номер поділки ноніуса, що збігається з деякою поділкою масштабу.

При вимірюваннях похибка виникає через неточність збігів поділок ноніуса з номером п з k+n поділкою масштабу. Величина похибки не перевищує , тому що при великій розбіжності цих поділок одна із сусідніх поділок (праворуч або ліворуч) має розбіжність менше ніж на . Отже, похибка ноніуса дорівнює половині його точності. Поділки масштабу й точність ноніуса можуть бути різноманітні.

Кути вимірюють за допомогою кутового масштабу. Точність вимірювання кутів підвищують застосовуючи круговий ноніус, що представляє собою дугову лінійку, яка ковзає уздовж кола (лімба), розділеного на градуси, або більш дрібні поділки.

Штангенциркуль

Штангенциркуль складається з розділеного на міліметри масштабу з ніжкою 1, уздовж якого може переміщатися ніжка 2 з обоймою. Ніжки перпендикулярні до масштабу. Обойма має гвинт 3 для закріплення на масштабі (рис.1.4). В обоймі проти розподілів масштабу зроблений виріз. На прилягаючій до масштабу кромці вирізу нанесені поділки ноніуса. Якщо ніжки 1 та 2 зведені впритул, нуль ноніуса співпадає з нулем масштабу. Вимірюваний п

Рис. 1.4 – Штангенциркуль

редмет затискають між ніжками 1 та 2 і визначають його розміри, користуючись масштабом і ноніусом.

Вістря 4 необхідні для вимірювання внутрішніх розмірів тіл.

Відліковий мікроскоп

Сучасні відлікові мікроскопи дуже точні й складні прилади. Найпростіший відліковий мікроскоп – це звичайний мікроскоп, в окулярі якого знаходиться шкала. Збільшення деяких мікроскопів можна змінювати шляхом розсування тубуса.

Ціна поділки окулярної шкали мікроскопа визначається шляхом порівняння поділок окулярної шкали з поділками еталонної лінійки, розташованої у поле зору мікроскопа. Для підвищення точності варто використати всі поділки, які попадають у зорове поле.

Для визначення ціни поділки виконують наступні дії:

1

_{Рис. 1.5 – Шкала відлікового мікроскопу}

. Суміщають початкову поділку шкали и мікроскопа з початком якоїсь, наприклад, N₁ поділки шкали еталона (точка А). Потім знаходять поділку n_i шкали мікроскопа, яка співпадає з початком поділки N₂ (точка В).

2. Суміщають кінець N₁ поділки з початковою поділкою шкали мікроскопа й знаходять, таким чином, поділку мікроскопа n₂, що співпадає з кінцем якоїсь поділки шкали N₂. Зміщають шкали мікроскопа й еталона один відносно другого й знову вимірюють як зазначено в 1 і 2 випадках. Результати вимірювань подають у вигляді наступної таблиці:

Число міліметрів	номер поділки мікроскопа n

Визначивши ціну поділки мікроскопа у кожному досліді, знаходять її середнє значення.