Министерство образования и науки Российской Федерации

Новосибирский государственный техниЧеский университет

53 № 2976

М55

МЕХАНИКА И ТЕРМОДИНАМИКА

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ ПО ФИЗИКЕ

для студентов I курса технических специальностей всех форм обучения

Новосибирск

2005

УДК 531+536(076.5)

М55

Составители:

д-р физ.-мат. наук, проф. В. Г. Дубровский,

д-р техн. наук, проф. А. А. Корнилович,

канд. физ.-мат. наук, доц. И. И. Суханов,

канд. физ.-мат. наук, доц. И. Б. Формусатик

Рецензент: канд. пед. наук, доц. Л. П. Панасенко

Работа подготовлена на кафедре прикладной и теоретической физики

© Hовосибиpский госудаpственный

технический унивеpситет, 2005

Вводное занятие

Целью каждой лабораторной работы по физике является сопоставление того, что предсказывает модель физического явления, с тем, что даёт эксперимент. Поэтому ещё до выполнения лабораторной работы студент должен знать, что он ожидает получить и как собирается провести эксперимент, а после выполнения работы объяснить, получил ли он то, что ожидал, и, если не получил, то почему.

Если мы хотим измерить какую-либо физическую величину, то пытаемся собрать такую установку, которая измеряла бы то, что нам нужно, и не реагировала бы на то, что нас не интересует. Однако наше понимание законов природы таково, что самое большое, на что мы способны, – это построить такую установку, в которой посторонние влияния относительно мало искажали бы результаты. Кроме того, физическая величина всегда есть элемент математической модели явления, а модель описывает явление лишь приближённо.

Поэтому абсолютно точного совпадения между результатом наблюдения и тем, что предсказывает модель, и не должно быть.

1. Случайные и систематические погрешности. Меры погрешности

Целью измерений всегда является получение количественной информации об измеряемой физической величине, о её истинном значении. Измеренное значениеиз-за множества причин может не совпадать с. Следовательно, результаты измерений дают нам не точное значение, а лишь его оценку.

Если любую физическую величину измерить несколько раз на одной и той же достаточно чувствительной установке, то можно заметить, что результаты отдельных измерений отличаются друг от друга. При этом обнаруживается случайный разброс результатов измерений относительно некоторого среднего значения. Этот разброс иногда можно уменьшить, но никогда нельзя устранить полностью. Отсутствие разброса может быть следствием лишь недостаточной чувствительности измерительной установки.

Отклонения наблюдаемых значений измеряемой величины от среднего в пределах серии одинаковых измерений называют случайными погрешностями измерений.

Для ответа на вопрос, согласуются ли данные эксперимента с теорией, необходимо оценить эти случайные погрешности.

Если одна и та же величина измеряется различными методами или различными приборами, то полученные средние её значения могут различаться между собой. В таком случае можно говорить о систематической погрешностиодного метода (прибора) относительно дру­гого.

Меры погрешности.Абсолютная погрешность– это отклонение измеренного значения от истинного:. В единичном измеренииможет иметь произвольный знак.Относительная погрешность– это отношение абсолютной погрешности к измеряемой величине:

или (1)

2. Оценка случайных погрешностей прямых многократных измерений

Вданной лабораторной работе оценка случайных погрешностей прямых многократных измерений проводится на примере измерений времени соударения двух металлических шаров, подвешенных на проводящих нитях (рис. 1). Измерительная установка состоит из электромагнита ЭМ, микросекундомера МС и источника напряжения. Установка включается тумблером «ВКЛ». Нажатием кнопки «СТОП» включается ток через обмотку ЭМ. Шар 1 отводится в сторону до соприкосновения с ЭМ. Необходимо нажать кнопку «СБРОС», чтобы индикатор МС показывал нулевое значение. При нажатии кнопки «ПУСК» прерывается ток через обмотку ЭМ, шар 1 ударяется о сво­бодно висевший шар 2, замыкается

электрическая цепь через шары. Время существования тока в этой цепи, считающееся временем соударения шаров, измеряется МС и показывается на его индикаторе.

Результаты многократных измерений и последующих расчетов удобно представить в виде табл. 1. Здесь – порядковый номер измерения,– измеренное время соударения в микросекундах.

Таблица 1

	мкс	мкс