fizika_668

21

тіл робить одночасно поступальний і обертальний рух (наприклад, циліндр, колесо, куля, що котиться по поверхні) або обидва тіла беруть участь в обертальному русі.

Формула для визначення коефіцієнта тертя катання rк, якщо кут

6?:

	rК R ctg β	α0	αN	,	(6.1)
		4 N
де R – радіус вантажу-кульки [м]; rк			і R – в однакових одиницях
довжини; 0 і	N – у радіанах.

6.3 Порядок виконання роботи

6.3.1 Підключити мережний шнур установки в мережу напругою 220 В електроживлення.

6.3.2 Нажати кнопку „СЕТЬ”. Переконатися, що всі індикатори міллісекундомера рахунку періодів висвічують «0» (інакше натиснути кнопку „СБРОС”).

6.3.3 Нахилити маятник на кут (30, 45, 60°). Відвести

маятник з кулькою на деякий кут 0				до 6°, відпустити його, записати
число періодів коливань N (до зміни у два рази) кута 0								і N після N
коливань у таблиці 6.1. Вимірювання зробити тричі для кожного .
Таблиця 6.1
	R, м	, град.	0, рад		N, рад	N		rК, м

6.3.4Визначити коефіцієнт тертя катання по формулі (6.1) і записати в таблицю 6.1.

6.3.5Зробити розрахунок погрішностей логарифмічним методом (див. розділ 34 “Загальні відомості”). Відповідь записати у вигляді:

rк = (rк сер r к сер) м.

6.3.6 Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити методику визначення коефіцієнта тертя катання й можливих причин погрішності при проведенні дослідів.

22

7 Визначення коефіцієнта в'язкості рідини методом Стокса

7.1 Мета роботи

Ознайомлення із законами руху тіл у в'язкому середовищі й визначення коефіцієнта в'язкості рідини.

7.2 Схема й принцип дії установки

Широка скляна труба 1 наповнена випробовуваною рідиною 2 (рисунок 7.1) і установлена вертикально. Нижня частина труби закрита герметично. У верхній частині на трубу встановлений фланець 3 із каналом по осі установки, у який опускається кулька 4, густина якої вище густини рідини. У пропонованій лабораторній роботі коефіцієнт в'язкості рідини визначається методом Стокса. Цей метод полягає в наступному. Коли кулька рухається повільно в рідині, вона зустрічає опір, якій обумовлений в'язкістю рідини. У цьому випадку грає роль не тертя кульки об рідину, а тертя окремих шарів рідини один об одного, тому що кулька покривається тонким шаром рідини й цей шар рідини рухається зі швидкістю кульки.

Формула для визначення коефіцієнта в'язкості рідини:

	2		g r2 (ρ σ) t				(7.1)
η							,
	9		L (1 2,4	r	)

R

де R – радіус труби [м], r – радіус кульки [м], g – напруженість гравітаційного поля Землі [м/с2], L – довжина шляху рівномірного руху кульки [м], t – час проходження шляху рівномірного руху кульки [c]; – густина матеріалу кульки [кг/м3], σ – густина рідини [кг/м3].

23

7.3 Порядок виконання роботи

7.3.1 Одержати у керівника заняття мікрометр, кульки й визначити їхній діаметр із точністю до 0,01 мм. У керівника занять довідатися густини рідини й матеріалу кульки.

7.3.2Температуру досліджуваної рідини вважати кімнатною.

7.3.3Опустити кульку в трубу з досліджуваною рідиною. До крапки А вона здобуває практично постійну швидкість.

7.3.4Секундоміром визначити час t, за який кулька проходить відрізок шляху між А і В у трубі з досліджуваною рідиною. Відстань L між мітками А и В виміряти лінійкою. Дослід повторити три рази.

7.3.5Результати записати в таблицю 7.1.

Таблиця 7.1

№	g,	,	σ,		R,		L,	,
				r, м		t, c
досліду	м/с2	кг/м3	кг/м3		м		м	кг/(м с)

7.3.6Розрахувати коефіцієнт в'язкості рідини по формулі (7.1).

7.3.7Вивести формули й розрахувати відносну й абсолютну погрішності вимірів (див. розділ 34 “Загальні відомості”).

7.3.8Відповідь записати у вигляді:

= ( ) кг/(м с)

7.3.9Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити

вірогідність експериментального визначення (порівняння з табличним) і можливі причини погрішності при проведенні дослідів.

24

8 Визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл

8.1 Мета роботи

Освоєння калориметричного методу визначення коефіцієнта теплопровідності твердих тіл.

8.2 Схема й принцип дії установки

Основним вузлом установки (рисунок 8.1) є калориметр 1, забезпечений термометром 2 і мішалкою 3. Кип'ятильник 4, заповнений на 2/3 його об'єму водою через бічний отвір 5, установлюється на електронагрівач 6. При кипінні води в кип'ятильнику утвориться пара, що буде підтримувати температуру його стінок постійною й рівною 100°С. На кип'ятильник установлюється диск 7 з теплоізолюючого матеріалу з отвором, у який поміщають диск досліджуваного матеріалу 8. Зверху встановлюють калориметр таким чином, щоб зразок 8 торкався однією гранню верхньої стінки кип'ятильника, нагрітої до 100°С, а іншої – калориметра, що має температуру t. При цьому теплота, що пройшла через досліджуваний диск, витрачається практично тільки на нагрівання води в калориметрі й

самому калориметрі.

Для не занадто високих температур коефіцієнт теплопровідності не залежить від температури.

25

Використовуючи поняття питомої теплоємності можна вивести розрахункову формулу для визначення коефіцієнта теплопровідності:

	(c m	1	c	2	m	2	) Δx		100 t
K	1							ln	1	,	(8.1)
			π r2		τ				100 t2

де С1 – питома теплоємність води (4,2 Дж/(г С); m1 – маса води [кг]; C2 – питома теплоємність алюмінієвого калориметра з мішалкою (у межах температури (18 200) С) СAl = 0,9 Дж/(г С), m2 – маса калориметра й мішалки [кг]; x – товщина досліджуваного зразка [м], r

– радіус диска зразка [м]; τ – час нагрівання [с], to – температура води в калориметрі в С.

8.3 Порядок виконання роботи

8.3.1Визначити зважуванням на технічних вагах масу калориметра з мішалкою m2 і записати в таблицю 8.1.

8.3.2Налити воду в калориметр (приблизно 2/3 його об'єму), визначити її масу m1 і записати в таблицю 8.1.

8.3.3 Виміряти штангенциркулем товщину x і діаметр d = 2 r кожного із пропонованих зразків, знайти площі їх поверхонь й занести в таблицю 8.1.

Таблиця 8.1

m1, кг (вода)

m2, кг (калориметр)

x, м

2r, м

S, м2

8.3.4Помістити зразок у гніздо теплоізолюючого диска й включити нагрівач у мережу (220 В) і, коли з горловини кип'ятильника почне йти пара, у гніздо теплоізолюючого диска на досліджуваний зразок поставити калориметр із водою.

8.3.5Після того як температура води в калориметрі підніметься

на 2 вище кімнатної, записати цю температуру, вважаючи її початкової (t1), і одночасно включити секундомір.

8.3.6 Не зупиняючи секундоміра, через кожні 2 ?С записувати його показання, що відповідають показанням термометра (t2).

26

Примітка. У процесі всього спостереження воду в калориметрі необхідно безупинно перемішувати мішалкою.

8.3.7 По (8.1) обчислити в одиницях СІ коефіцієнт теплопровідності для кожного інтервалу (4 5) температур. За цими значеннями обчислити середнє значення Kсер. Всі дані записувати в таблицю 8.2.

Таблиця 8.2

№

t1,

t2,

τ,

ln

100 t1

K,

K,

досліду

oC

oC

c

Вт/(м· С)

Вт/(м· С)

100 t2

8.3.8

У кожному випадку визначити абсолютну (як

середньостатичну)

і

відносну

погрішності

вимірів

(див. розділ 34

“Загальні відомості”). Результат представити у вигляді:

8.3.9

К= Ксер Ксер.

у яких відбити

Зробити висновки

по виконаній роботі,

вірогідність експериментального визначення К (порівняння з табличним) і можливі причини погрішності при проведенні дослідів.

27

9 Визначення універсальної газової постійної

9.1 Мета роботи

Експериментальне застосування дослідних законів ідеальних

газів.

9.2 Порядок виконання роботи.

9.2.1 За допомогою рівняння стану ідеального газу (КлапейронаМенделєєва) вивести розрахункове співвідношення для універсальної газової постійної:

R	(p1 p2 ) V ?	,	(9.1)
	(m1 m2 ) T

де m1 і m2 – маси газу (повітря) [кг], – молярна маса газу [кг/моль], R – універсальна газова постійна [Дж/(моль К)], (р1 – р2) різниця тисків у судині до й після відкачки [Па], V – об'єм судини [м3],

Т– температура газу [К].

9.2.2Відкрити кран у судині й на технічних вагах з точністю до 10 мг визначити масу М1 балона з газом до відкачки.

9.2.3З'єднати судину з насосом і відкачати газ. Відразу після відкачки за допомогою манометра виміряти різницю між атмосферним

тиском р1 і кінцевим тиском р2: р = р1 – р2.

9.2.4 Закрити кран і знову на технічних вагах знайти масу М2 судини з газом після відкачки. Різниця мас судини з газом (М1 – М2) дає масу відкачаного повітря (m1 – m2). Тому формулу (9.1) для визначення універсальної газової постійної R можна записати:

R	(p1 p2 ) V ?	,	(9.2)
	(M1 M2 ) T

де (М1 – М2) – різниця мас судини з газом [кг].

9.2.5 По формулі (9.2) розрахувати R. Результати вимірів і розрахунків занести в таблицю 9.1.

Таблиця 9.1

?,	M1,	M2,	(р1 – р2),	Т,	R,
г/моль	кг	кг	Па	К	Дж/(моль·К)
29

28

9.2.6Зробити розрахунок погрішностей логарифмічним методом (див. розділ 34 “Загальні відомості”).

9.2.7Відповідь записати у вигляді:

R = Rрозр R

9.2.8Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити вірогідність експериментального визначення R (порівняння з табличним) і можливі причини погрішності при проведенні дослідів.

29

10 Визначення відносини теплоємності газу при постійному тиску до його теплоємності при постійному об'ємі

10.1 Мета роботи

Дослідження ізопроцесів для визначення коефіцієнта Пуассона

врівнянні адіабати для повітря.

10.2Порядок виконання роботи

10.2.1Закрити верхній кран скляного балона.

10.2.2Накачати насосом балон до тиску, що відповідає різниці

рівнів рідини в манометрі 15 20 см (не більше!!!).

10.2.3Закрити кран насоса. Почекати, поки повітря, що розігрілося в результаті стиску, остудиться й різниця рівнів у манометрі встановиться; записати сталу різницю рівнів h1 у манометрі

втаблицю 10.1.

10.2.4Відкрити верхній кран і, коли рівні рідини в манометрі

вирівняються (2 3 с), закрити кран, не чекаючи, поки припиниться коливання рідини в манометрі.

10.2.5Почекати, поки повітря в балоні, що остудився при адіабатичному розширенні, нагріється до кімнатної температури, при цьому різниця рівнів рідини в манометрі встановиться. Записати значення h2 у таблицю 10.1.

10.2.6Вимірювання h1 і h2 повторити 4 рази.

10.2.7Розрахувати коефіцієнт Пуассона по формулі (10.1) і результати розрахунків записати у таблицю 10.1.

				= h1/(h1 – h2),				(10.1)
	де h1 – різниця рівнів рідини в манометрі після накачування
газу, h2 – різниця рівнів рідини після випуску газу [мм].
	Таблиця 10.1
	№ досліду		h1		h2

30

10.2.8Вивести формули для розрахунку відносної й абсолютної погрішностей і розрахувати їх для кожного рядка вимірів (див. розділ 34 “Загальні відомості”).

10.2.9Відповідь записати у вигляді: = сер сер.

Оцінка погрішності експерименту сер визначається як середнє арифметичне абсолютних погрішностей окремих вимірів.

10.2.10Розрахувати теоретичне значення через число ступенів волі молекул, вважаючи повітря двохатомним газом.

10.2.11Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити

вірогідність експериментального визначення (порівняння з теоретичним) і можливі причини погрішності при проведенні дослідів.