- •Механика и молекулярная физика
- •Определение плотности вещества
- •Методика точного взвешивания
- •Перед взвешиванием, медленно вращая маховик 8 против часовой стрелки, открыть арретир и записать против какого деления на шкале установилась стрелка.
- •Порядок выполнения работы
- •Лабораторная работа 2 определение момента инерции тел при помощи крутильного маятника
- •Теоретическое введение
- •Расчётное значение
- •Литература:
- •Лабораторная работа 4 изучение вращательного движения
- •Теоретическое введение
- •Контрольные вопросы
- •Литература
- •Определение коэффициента поверхностного натяжения жидкостей методом отрыва капель
- •Теоретическое введение
- •Лабораторная работа 6 определение коэффициента поверхностного натяжения жидкости методом отрыва кольца
- •Определение коэффициента вязкости жидкости
- •Лабораторная работа 8 определение показателя адиабаты методом клемана и дезорма
- •Лабораторная работа 9 снятие спектральной характеристики уха на пороге слышимости
- •Теоретическое введение
- •Интенсивность отраженной волны зависит от коэффициента отражения.
Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
«Тульский государственный университет»
Механика и молекулярная физика
Часть I
руководство к лабораторным работам по курсу
"Физика, математика"
для студентов специальности "Лечебное дело"
Под редакцией Р.Н. Ростовцева
С.Е. Кажарской
О.В. Шуваевой
Тула
Издательство ТулГУ
2012
УДК 531(076.5)
Механика и молекулярная физика. Часть I. Руководство к лабораторным работам по физике для студентов специальности «Лечебное дело» / под ред. Р.Н. Ростовцева, С.Е. Кажарской, О.В. Шуваевой. Тула: Изд-во ТулГУ, 2012. 62 с.
ISBN
Данное учебно-методическое пособие содержит лабораторные работы по физике, которые будут предложены студентам первого курса специальности «Лечебное дело» в осеннем семестре.
Каждая лабораторная работа содержит краткое теоретическое введение с основными понятиями, формулами, формулировками законов, необходимыми для выполнения лабораторной работы и подготовки к ее защите.
Табл.15. Илл. 32. Библиогр.: 4 назв.
Печатается по решению библиотечно-издательского совета Тульского государственного университета
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Чуканов А.Н.
Ó Ростовцев Р.Н., Кажарская С.Е.,
Шуваева О.В., 2012
Ó Изд-во ТулГУ, 2012
ISBN
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
Определение плотности вещества
Цель работы: изучить методики: 1) определения плотности различных веществ; 2) точного взвешивания.
Оборудование: штангенциркуль, тела правильной и произвольной формы, аналитические весы, разновесы.
Теоретическое введение
Плотность – это масса единицы объема вещества. Для однородного тела плотность постоянна по всему объему V, и масса m равна .
Локальная плотность неоднородного тела: , гдеdm – масса элементарного объема dV. Тогда , где –функция координат.
Наиболее просто определить плотность тел правильной формы, для которых, измеряя геометрические размеры, легко вычислить объем. Тогда
. (1)
Если тело неоднородно, то по формуле (1) вычисляют его среднюю плотность.
Массу тела m можно найти, измеряя его вес P = mg . В этом случае
. (2)
Рис.
1
находим
. (3)
Воздух при лабораторных условиях можно считать практически идеальным газом с уравнением состояния . Поэтому его плотность
, (4)
где р и Т – давление и температура воздуха в комнате, – его молярная масса,R – универсальная газовая постоянная
(R = 8,31(Дж/(мольК)).
Так как при изменении температуры меняется и объем взвешиваемого тела (тепловое расширение), и плотность воздуха , (но не меняется массатела), то измеряемый вес будет чувствителен к изменению температуры. Поэтому все измерения следует проводить при одной температуре и, желательно, при одинаковой влажности воздуха.
Рис.
2
Рис. 3
Исключая из формулы веса в каждом из двух случаев
и
неизвестный объем V,
находим , откуда
. (5)
Для определения плотности жидкости надо взвесить пустой стакан (сосуд), а затем, сняв его с весов, налить в него из мензурки определенный объем жидкостии снова взвесить. Зная разность весовстакана с жидкостью и без неё, можно по той же формуле (3) вычислить плотность жидкости:
. (6)
В
Рис. 4
Одной из важных областей применения сил инерции центробежного типа является центрифугирование, то есть процесс разделения неоднородной жидкой суспензии в процессе ее вращения.
Рассмотрим вначале разделение суспензии, содержащей твердые частицы различной плотности, в поле силы тяжести. На каждую частицу действуют силы тяжести Р = mg = чVg и Архимеда Fа = жVg, где ч и ж – плотности вещества и жидкости соответственно, V – объем частицы. Под действием результирующей силы
Fg = (ч – ж)Vg
происходит расслоение суспензии: частицы с плотностью, большей по сравнению с жидкостью, тонут, с меньшей – всплывают.
Если значения плотностей ч и ж различаются слабо, то результирующая сила Fg мала и процесс разделения суспензии идет достаточно медленно.
Для ускорения процесса разделения в центрифуге сила тяжести заменяется центробежной силой инерции. Рассмотрим вращающийся рабочий объем центрифуги (рис. 5), полностью заполненный разделяемой суспензией. Выделим элемент объема V жидкости, находящийся на расстоянии r от оси вращения ОО. При равномерном вращении с угловой скоростью этот элемент объема движется по круговой траектории радиусом r и в лабораторной системе отсчета на него действуют следующие силы: сила тяжести, уравновешивающая ее сила Архимеда, а также центростремительная сила Fцс = жV2r.
Э
О
Предположим теперь, что элемент объема V представляет собой частицу суспензии плотностью ч = ж. Если эта частица вращается совместно с жидкостью, то со стороны окружающих частиц жидкости на нее действует та же центростремительная сила Fцс = жV2r. Кроме того, в пробной системе отсчета на частицу действует и центробежная сила
Fцб = – чV2r.
Если центробежная сила Fцб окажется больше центростремительной силы Fцс, то в инерциальной системе отсчета частица начнет двигаться с ускорением, направленным от оси вращения к стенкам рабочего объема центрифуги. Если, наоборот, центробежная сила окажется меньше центростремительной, то частица будет двигаться в сторону оси вращения.
Таким образом, эффективность процесса сепарации определяется величиной результирующей силы
Fр = (ч – ж)V2r,
которая оказывается пропорциональной не только разности плотностей частицы и жидкости, но и угловой скорости вращения центрифуги.
«Ультрацентрифуги» позволяют разделять частицы размером менее 100 нм, взвешенные или растворенные в жидкости.