Wyznaczenie wagi piórka kurzego

Transkrypt

1 Wyznaczenie wagi piórka kurzego Naszym celem jest wyznaczenie wagi piórka kurzego za pomocą samodzielnie skonstruowanej wagi z materiałów dozwolonych przez organizatorów konkursu. Do wyznaczenia wagi piórka wykorzystaliśmy: - dwa cienkie ale nieelastyczne metalowe pręty -klasyczne, spiczaste szydełko -pudełko tekturowe -sześć kawałków tektury o wymiarach- 2cm/4cm Wykorzystane materiały -plastikowy spodek w kształcie półkuli (nakrywka dezodorantu) -taśma klejąca -kubek plastikowy -28 monet jednozłotowych, 3 monety dwuzłotowe i 3 monety 50-groszowe (w roli ciężarków wspomagających) -plastikową osłonkę karty kredytowej -worek na śmieci -strzykawka o pojemności 2ml i podziałką co 0,1 ml -ekierki -miarka i suwmiarka Opis budowy wagi Waga składa się z podstawki którym jest pudełko owinięte workiem na śmieci w celu uniknięcia ewentualnych skutków rozlania wody (w pudełku znajdują się książki które zwiększają stabilność przyrządu). Do pudelka przymocowane jest,,na sztorc szydełko. Na igle szydełka znajduje się plastikowa półkula do której są przymocowane taśmą klejącą dwa metalowe pręty. Są one tak przymocowane, że jedno ramię dźwigni jest dłuższe od drugiego. Pręty są oddalone od siebie o 2,5 cm na całej długości wagi dzięki zastosowaniu tekturowych wzmocnień. Tuż przy półkuli znajduje się płaska osłonka plastikowa do której spodu przyklejone jest kilka monet. Na podstawce znajduje się wypełniony wodą kubek plastikowy, w którym znajduje się 26 monet i woda. Elementy te są ułożone bardzo blisko osi obrotu w taki sposób że układ znajduje się w spoczynku (woda i monety równoważą dłuższe ramię). Powierzchnia wody jest równoległa do żłobień na kubku (które fabrycznie są niemal idealnie poziome) i końcówki prętów są na tej samej wysokości.

2 -

3 Opis teoretyczny działania Do dłuższego ramienia dźwigni przymocowujemy piórko. Ponieważ tarcie między igłą szydełka a półkulą jest minimalne a ramię r 1 jest dużo większe od r 2 można łatwo zauważyć wychylenie ze stanu równowagi które skutkuje tym, że końcówka ramienia r 1 jest niżej niż końcówka ramienia od r 2 oraz powierzchnia wody nie jest równoległa do poziomych żłobień kubka. W celu zrównoważenia układu dolewamy do kubka odpowiednią ilość wody za pomocą strzykawki i każdorazowo kontrolujemy czy układ znów jest w równowadze. Gdy to nastąpi, o czym poinformuje nas równa wysokość końcówek nad podłożem oraz równoległość żłobień i powierzchni wody, odczytujemy ile wody trzeba było dodać by zrównoważyć ciężar pióra. Dokładną objętość wykorzystanej wody wyznaczmy korzystając z suwmiarki przyłożonej do podziałki strzykawki. Wyznaczenie masy pióra Należy zauważyć, że przed przytwierdzeniem pióra układ znajdował się w równowadze, wypadkowy moment siły był równy zero. Wpływ momentów siły które wywołują te elementy wagi można pominąć w późniejszych obliczeniach gdyż się wzajemnie,,zerują. Po przytwierdzeniu pióra jedna część urządzenia przeważała przez co należało dodać pewną ilość wody by moment siły piórka i dodatkowej porcji wody się zrównoważył i układ znów znalazł się w równowadze. Możemy zapisać: = = = 1 = Gdzie: -masa piórka ęść objętość wody

4

5 Dokumentacja fotograficzna

6

7

8

9 Pomiary i wyniki 3mm na podziałce strzykawki odpowiadają 0,2ml cieczy: Zmiana wysokości słupa cieczy w strzykawce wyniosła około 2,7mm co odpowiada objętości; 0,18ml Błąd suwmiarki- 0,1 mm może dać maksymalną różnicę; 1/150 ml Dla tego konkretnego piórka otrzymaliśmy: = 0,18 = 1/! = 54,6 = 5 Po podstawieniu danych do wzoru (1) otrzymujemy około 0,0165 Niedokładność miarki: 1mm Niedokładność suwmiarki: 0,1mm Wyznaczenie niedokładności Korzystając z wcześniejszej proporcji możemy wyznaczyć graniczne wyniki max i min: &'( = &'( &'( &)* &)* = &)* &)* &'( Wszystkie dopowiedzenia min i max odpowiadają zmierzonym wartością z uwzględnionym odpowiednim, maksymalnym błędem pomiarowym: &'( = 1 0, , ,6 0,1 Analogicznie: &'( 0,0175 &)* = 1 0, , ,6+1

10 &)* 0,0155 W pierwszym przypadku różnica wynosi +0,001g a w drugim -0,001g Bezwzględny procentowy błąd pomiarowy wynosi: 0, % 6,06% 0,0165 Wnioski Masa pióra: 0,0165 Zakres masy pióra: 0,0155 0,0175 Bezwzględny procentowy błąd pomiarowy wynosi: 6,06% Autorzy: Paweł Wieczorek Anna Wieczorek