fizika_668

31

11 Визначення коефіцієнта поверхневого натягу рідини методом відриву кільця

11.1 Мета роботи

Дослідження властивостей рідин на прикладі визначення коефіцієнта поверхневого натягу.

11.2 Схема й принцип дії установки

При виконанні лабораторної роботи використовуються терези Жолі (рисунок 11.1).

Стійка 2 служить направляючою для фасонної гайки 3 і в той же час надає твердість приладу. На нижній частині стійки 1 жорстко закріплений маховик 4. На лицьовій частині маховика нанесені поділки, причому, кожна дев'ята поділка оцифрована: 0; 90; 180; 270 градусів. Окружність маховика розбита на 360 (по 10 в кожній поділці).

Стійка 1 у нижній частині має різьблення, крок якого дорівнює

1,5 мм.

На різьбленні сидить фасонна гайка 3, що має площадку, куди ставиться судина 5 з досліджуваною рідиною.

На кронштейні 8 закріплена пружина 7, до кінця якої кріпиться кільце 6.

При обертанні маховика обертається навколо своєї поздовжньої осі й стійка 1, що змушує переміщатися гайку 3. Кожний оборот маховика фіксується клацанням і переміщає гайку 3 з посудиною 5 на 1,5 мм нагору або вниз.

У даному методі коефіцієнт поверхневого натягу рідини визначається виміром зусилля F, яке необхідне для відриву кільця від поверхні рідини. У момент відриву зусилля буде рівнятися силі поверхневого натягу, що діє на все тіло, тобто добуток коефіцієнта поверхневого натягу на довжину лінії зіткнення кільця з рідиною: F =. Зіткнення кільця з рідиною відбувається по внутрішній і зовнішній його поверхні. Тому при відриві кільця доводиться переборювати сили молекулярної взаємодії поверхневого шару рідини як усередині кільця, так і зовні.

32

11.3 Порядок виконання роботи

11.3.1Визначити число обертів N маховика при відриві кільця від поверхні рідини. Для цього плавно обертаємо маховик по годинній стрілці до тих пір, поки кільце не торкнеться поверхні рідини. Помічаємо на маховику ту поділку, на яку вказує стрілка. Потім плавно обертаємо маховик до моменту відриву кільця від поверхні рідини. Нехай це число обертів дорівнює N1.

11.3.2Не чіпаючи маховик, покласти на площадку кільця вантаж масою 2г (або за вказівкою викладача) і додатковим зусиллям руки опустити кільце до зіткнення з рідиною. Потім плавно продовжувати обертати маховик проти годинникової стрілки, рахуючи знову оберти

33

по клацанням, до моменту відриву кільця від поверхні рідини. Одержуємо число обертів N2.

11.3.3Виміряти штангенциркулем середній діаметр кільця D.

11.3.4Всі вимірювання повторити 3 рази.

11.3.5Результати вимірів занести в таблицю 11.1.

Таблиця 11.1

№ досліду	N1	N2	D, м	P, Н	, Н/м	, Н/м

11.3.6 Обчислити коефіцієнт поверхневого натягу по формулі (11.1) в одиницях СІ, пам'ятаючи, що вагу вантажу P варто виразити в ньютонах.

α	h1		P		N1		P	, –	(11.1)
	h2		2 π D		N2		2 π D

де N1 – число оборотів маховика до першого відриву кільця, N2

– число оборотів маховика до другого відриву кільця, D – діаметр кільця, Р – вага вантажу.

11.3.7Порахувати абсолютну помилку визначення (див. розділ 34 “Загальні відомості”). Остаточний результат записати у вигляді:

= сер .

11.3.8Зробити висновки по виконаній роботі, у яких відбити

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

34

12 Визначення коефіцієнта опору повітря

12.1 Мета роботи

Ознайомлення з методом визначення коефіцієнта опору повітря, який заснований на дослідженні загасаючих пружних коливань.

12.2 Схема й принцип дії установки

Схема лабораторної установки представлена на рисунку 12.1. До підстави 1, яка оснащена чотирма ніжками з регульованою

висотою, прикріплений вимірювальний блок 2 (FPM –141). В підставі закріплена труба 5, на якій змонтований корпус 6 із черв'ячною передачею. За допомогою осі черв'ячна передача з'єднана із кронштейном 7, на якому прикріплена шкала 8 і шкала 9. У кронштейні закріплений стовпчик 10, на якому підвішений вантаж з водилкою 11 на нитці 12.

Формула для розрахунку коефіцієнта опору повітря:

		2m			α		0		(12.1)
	rc			ln				,
		t				αN
де 0 і	N – кути відхилення тіла (вантажу) масою m :
початковий 0	і N після N коливань по закінченню часу t. Одиниці
вимірювання: кути в градусах, маса в кг, час в с.

12.3Порядок виконання роботи

12.3.1 Підключити мережний шнур установки в мережу електроживлення.

12.3.2 Нажати кнопку 13 «СЕТЬ». Переконатися, що всі індикатори міллісекундомера 4 й індикатори числа коливань N висвічують «0» (у противному випадку нажати кнопку «СТОП», а потім кнопку «СБРОС»).

12.3.3 Відхилити вантаж на деякий кут 0 до 6 . Після тридцяти коливань (періодів) нажати кнопку «СТОП».

35

12.3.4 Записати час t коливань, початковий 0 і кінцевий N кути відхилення маятника в таблицю 12.1. Визначити масу коливного тіла через густину (m= V; =7800 кг/м3).

Таблиця 12.1

№ досліду	m, кг	t, с	0, град	N, град	rс, Н с/м

12.3.5 Виміри зробити тричі, відхиляючи вантаж на різні кути 0 (до 6 ).

36

12.3.6Визначити коефіцієнт опору повітря по формулі (12.1) для кожного виміру й середнє значення коефіцієнту опору повітря.

12.3.7Визначити середнє арифметичне абсолютних погрішностей при кожному вимірі відносно rс сер. Відповідь записати у вигляді:

rc = rсер rс сер.

37

13 Визначення густини повітря за допомогою математичного маятника

13.1 Мета роботи

Ознайомитися з методом визначення густини середовища, заснованому на дослідженні коливального руху й статистичному методі в молекулярній фізиці.

13.2 Схема й принцип дії установки

Лабораторна установка приведена на рисунку 12.1 попередньої лабораторної роботи № 12 «Визначення коефіцієнта опору повітря».

Формула для розрахунку густини повітря:

	ρ	m		ln	α	0	,	(13.1)
		2N S (α0 αN )			αN

де m і S – маса і площа коливного вантажу, – довжина маятника, 0 і N – кути відхилення вантажу: початковий 0 і N після

N коливань. Одиниці вимірювання: кути в радіанах, маса в кг, площа в м2, довжина в м.

13.3 Порядок виконання роботи

13.3.1Визначити довжину маятника , площу S (ураховувати тільки площу опору руху) і масу m коливного тіла й записати в таблицю 13.1.

13.3.2Підключити мережний шнур установки в мережу електроживлення.

13.3.3Нажати кнопку «СЕТЬ». Переконатися, що всі індикатори высвечивают «0» (інакше натиснути кнопку «СТОП», а потім кнопку «СБРОС»).

13.3.4Відвести вантаж на деякий кут 0 до 6 и відпустити. Зупинити (нажати кнопку «СТОП», коли стане менше у два рази).

38
	13.3.5 Записати час t, число коливань N, 0 і N							у таблицю 13.1.
	Таблиця 13.1
	№	m,	0,	N,	S,	,		N	,
	досліду	кг	град.	град.	м2	м			кг/м3

13.3.6Вимірювання зробити тричі, відхиляючи маятник на різні

кути до 6 .

13.3.7Густину повітря визначити по формулі (13.1) для кожного вимірювання, записати в таблицю 13.1. Знайти середнє значення.

13.3.8Порахувати абсолютну помилку визначення відносносер. Відповідь записати у вигляді:

= сер .

39

14 Визначення електрорушійної сили елемента компенсаційним методом

14.1 Мета роботи

Вивчити компенсаційний метод вимірів електричних величин (ЕРС елемента).

14.2 Схема й принцип дії установки

Для визначення ЕРС невідомого елемента (Е) цей елемент і нормальний елемент (Е0) включають у схему (рисунок 14.1). У схемі R1 і R2 – регулювальні опори, R – високоомний регульований опір, що служить для обмеження сили струму в колі нормального елемента, Г – нульовий гальванометр. При з'єднанні невідомого елемента й нормального елемента однойменними полюсами можна домогтися того, щоб струм в колі нормального елементу був рівний нулю. При цьому різниця потенціалів на полюсах нормального елемента дорівнює його ЕРС. Відсутність струму в

колі нормального елемента свідчить про те, що ЕРС нормального елемента дорівнює різниці потенціалів на ділянці ВС: E0 = Uвс. Суть методу компенсації полягає в тім, що ЕРС нормального елемента компенсується спаданням напруги на ділянці ВР: E0 = I R2. Якщо струм у колі нормального елемента відсутній, то в контурі AMNCA сила струму дорівнює: I = E/(R1+R2+r), де r – включає внутрішній опір елемента й опір сполучних проводів. Тоді для Е0 одержуємо: E0 =

E R2/(R1+R2+r).	Для	визначення	невідомого r знаходять ще два
значення R'1 і	R'2,	при яких	струм у колі нормального елемента

40

відсутній. Для цих значень опорів формула для Е0 має вигляд: E0 = E R'2/(R'1+R'2+r). Розрахункова формула для визначення ЕРС невідомого елемента Е має вигляд:

E E0	(1	R1	R1	) ,	(14.1)
		R2	R2

де R1 і R2, R'1 і R'2 – регулювальні опори, при яких струм у колі нормального елемента відсутній [Ом]; E0 – ЕРС нормального елемента

[В].

Як еталон використовується нормальний елемент, ЕРС якого E0

= 1,0183 В.

14.3 Порядок виконання роботи

14.3.1 Зібрати електричне коло за схемою (рисунок 14.1). У коло нормального елемента підключити ключ К. Після перевірки схеми керівником:

14.3.1.1 Установити R2 = 1000 Ом. На ділянці АВ підібрати такий опір R1, щоб гальванометр показував відсутність струму. Коло нормального елемента замикають за допомогою ключа К на короткий час, достатній для виявлення наявності або відсутності струму.

14.3.1.2 Установити опір R'2 = 1500 Ом. Знову домогтися відсутності струму в колі нормального елемента, регулюючи опір ділянки АВ. Визначити R'1.

14.3.1.3 Повторити ці вимірювання при R''2 = 2000 Ом.

14.3.1.4 За знайденими значеннями опорів: R1 і R2, R'1 і R'2, R''1 і R''2 обчислити три значення ЕРС акумулятора по формулі (14.1). Розрахувати з отриманих значень середнє арифметичне. Не розбирати схему до перевірки результату викладачем.