Mechanics-05

Лабораторная работа № 5.

Определение плотности жидких и твёрдых тел

Цель работы

1)научиться пользоваться аналитическими весам;

2)изучить методы измерения плотности жидкости с помощью пикнометра;

3)изучить методы измерения плотности твёрдых тел с помощью пикнометра.

Приборы и принадлежности.

•электронные аналитические весы Ohaus Explorer Pro EP-214c (НПВ: 210г, точность взвешивания: 0.1 мг),

•пикнометр,

•эталонная жидкость (дистиллированная вода),

•жидкость неизвестной плотности (раствор соли),

•тело неизвестной плотности (свинцовая дробь),

•шприц или пипетка для наполнения пикнометра,

•салфетка (тряпка).

5.1. Краткая теория

5.1.1. Плотность и удельный вес

Плотностью тела называется физическая величина, равная отношению массы тела к его объему:

где m – масса тела, а V – его объем.

Выражение (5.1) справедливо лишь для однородных тел. В неоднородных телах плотность различных участков различна. В этом случае выбирают малый объем V , внутри которого тело можно

считать однородным. Тогда плотностью тела в данном месте называют величину

ρ =

m

V

или, переходя к пределу,

ρ = dmdV .

1

определениях плотности температура жидкости должна оставаться строго постоянной, что достигается термостатированием. В данном упражнении плотность исследуемой жидкости определяется с помощью трех последовательных взвешиваний.

5.1.3. Определение плотности жидкости

спомощью пикнометра

1)Взвесим на аналитических весах пустой пикнометр. Обозначим его вес в воздухе как Pп.

2)Наполним пикнометр эталонной жидкостью (дистиллированной водой) до отметки на горлышке и взвесим. Обозначим вес пикнометра с дистиллированной водой в воздухе как Pэ.

3)Наполним пикнометр неизвестной жидкостью до отметки на горлышке и взвесим. Обозначим вес пикнометра с нею в воздухе как Pж.

4)Обозначим объём пикнометра как V , плотность эталонной жидкости – как ρэ, а плотность воздуха – как ρв. На пикнометр, наполненный жидкостью (эталонной или неизвестной, всё равно) действует выталкивающая (архимедова) сила V ρвg. Таким образом, вес эталонной жидкости

получится:

5.1.4. Определение плотности твердых тел

спомощью пикнометра

Спомощью пикнометра можно определить не только плотность жидкости, но и плотность твердых тел. Для этого исследуемое тело объемом 0.5 − 1 см3 погружают в пикнометр с дистилли-

рованной водой (очевидно, что оно не должно растворяться в воде). При этом оно вытеснит объем воды, равный своему объему. Плотность исследуемого тела определяется с помощью трех последовательных взвешиваний.

1)Взвесим на аналитических весах исследуемое тело. Вес тела с учётом выталкивающей силы воздуха будет

где ρт – плотность тела, Vт – его объём, ρв – плотность воздуха.

2)Взвесим на аналитических весах пустой пикнометр. Обозначим его вес в воздухе как Pп.

3)Наполним пикнометр эталонной жидкостью (дистиллированной водой) до отметки на гор-

лышке и взвесим. Обозначим вес пикнометра с дистиллированной водой в воздухе как Pэ′.

Тогда вес самой эталонной жидкости будет равен

4)Поместим тело в пикнометр с эталонной жидкостью. Её излишки откачаем, снова доведя

уровень до риски. Обозначим вес пикнометра с водой и телом в воздухе как Pт′ . Тогда вес

остатка эталонной жидкости с погруженным в неё телом будет равен

5.2. Порядок выполнения работы

Перед выполнением задания необходимо ознакомиться с описанием и правилами пользования электронными аналитическими весами Ohaus Explorer Pro EP-214c (При-

ложение А).

Взвешивания производятся не менее трёх раз.

1)Промыть пикнометр дистиллированной водой и тщательно просушить. Затем взвесить его (Pп).

2)Определить плотность неизвестной жидкости, для чего:

а) наполнить пикнометр дистиллированной водой до риски и взвесить (Pэ);

б) вылить воду, просушить пикнометр и ополоснуть его исследуемой жидкостью. Наполнить его до риски исследуемой жидкостью и взвесить (Pж);

в) рассчитать плотность неизвестной жидкости Pж, используя формулу 5.5.

3) Определить плотность твёрдого тела, для чего:

а) взвесить исследуемое тело (P ). Рекомендуется взять 20 – 30 дробинок; б) наполнить пикнометр дистиллированной водой и взвесить (Pэ);

в) погрузить в него тело, откачать излишки воды до риски и взвесить (Pт); г) рассчитать плотность тела ρт, используя формулу 5.12.

4) Произвести обработку результатов измерений плотности жидкости и твердого тела.

Контрольные вопросы

1)Что такое плотность и удельный вес тела?

2)В каких единицах измеряется плотность и удельный вес в системах СГС и СИ?

3)Объясните, почему применение в данной работе мерного стакана (мензурки) вместо пикнометра даст значительное ухудшение точности результата.

4)Какие существуют методы определения плотности тел?

5)Как определить плотность жидкости с помощью пикнометра?

6)В чем заключается метод определения плотности твердых тел пикнометром?

7)Определите степень точности, с которой Вы нашли плотности жидкости и твердого тела.

Приложение А.

Электронные аналитические весы

Ohaus Explorer Pro EP-214c

А.1. Описание электронных аналитических весов Ohaus Explorer Pro EP-214c

Основные технические характеристики весов:

•Номинальный предельный вес (НПВ): 210 г.

•Точность: 0.0001 г.

•Диаметр платформы: 80 мм.

•Режим взвешивания: автоматический.

•Калибровка: внутренняя (автоматически или по запросу).

Внешний вид электронных аналитических весов Ohaus Explorer Pro EP-214c и расположение

элементов управления показан на рис. А.1.

1)Клавиша ON/OFF. Включение/выключение весов.

2)Клавиша Вверх. В режиме “меню” перемещает строку выделения вверх или увеличивает значение выбранного параметра. В буквенно-цифровом поле используется для выбора букв и цифр.

3)Клавиша Влево. В режиме “меню” перемещает курсор в буквенно-цифровом поле. В режиме “взвешивание” перемещает выделение экранных клавиш.

4)Клавиша Вправо. В режиме “меню” перемещает курсор в буквенно-цифровом поле. В режиме “взвешивание” перемещает выделение экранных клавиш.

5)Клавиша Вниз. В режиме “меню” перемещает строку выделения вниз или уменьшает значение выбранного параметра. В буквенно-цифровом поле используется для выбора букв и цифр

6)Клавиша Enter. В режиме “меню” сохраняет текущее значение параметра. В режиме “взвешивания” активирует выбранную экранную клавишу.

7)Клавиша >0/T<. Установка нуля или веса тары.

8)Пузырьковый уровень.

9)Клавиша >0/T<.

10)ЖК дисплей.

11)Клавиша Mode. Циклическое переключение выбранных режимов взвешивания.

12)Клавиша Print. Вывод на печать (при наличии принтера).

5

Приложение Б.

Плотности наиболее часто встречающихся веществ

8

Литература

1.Касандрова, О. Н. Обработка результатов наблюдений / О. Н. Касандрова, В. В. Лебедев. – М.: Наука, 1970.

2.Зайдель, А. Н. Элементарные оценки ошибок измерений / А. Н. Зайдель. – М.: Наука, 1967.

3.Щиголев, Б. Н. Математическая обработка наблюдений / Б. Н. Щиголев. – М.: Физматгиз, 1962.

4.Сивухин, Д. В. Общий курс физики. Т.1: Механика / Д. В. Сивухин. – М.: Наука, 1989 (и др. года издания).

5.Савельев, И. В. Курс общей физики (Том 1. Механика) / И. В. Савельев. – М.: Наука, 1970 (и др. года издания).

6.Хайкин, С. Э. Физические основы механики / С. Э. Хайкин. – М.: Наука, 1971

7.Каленков, С. Г. Практикум по физике. Механика / С. Г. Каленков. – М.: Высшая школа, 1990.

8.Майсова, Н. Н. Практикум по курсу общей физики / Н. Н. Майсова. – М.: Высшая школа, 1970.

9.Иверонова, В. И. Физический практикум: Механика и молекулярная физика / В. И. Иверонова.

– М.: Наука, 1967.

10.Дьяконов, В. П. Справочник по алгоритмам и программам на языке бейсик для персональных ЭВМ / В. П. Дьяконов. – М.: Наука, 1987 (и др. года издания).

11.Дьяконов, В. П. MATLAB: учебный курс / В. П. Дьяконов. – СПб.: Питер. 2001.

12.Поршнев, С. В. MATLAB 7: основы работы и программирования: учебное пособие для вузов / С. В. Поршнев. – М.: Бином, 2006.

9