Wyznaczenie gęstości cieczy za pomocą wagi hydrostatycznej. Spis przyrządów: waga techniczna (szalkowa), komplet odważników, obciążnik, ławeczka.

Transkrypt

1 Cel ćwiczenia: WYZNACZANIE GĘSTOŚCI CIECZY ZA POMOCĄ WAGI HYDROSTATYCZNEJ Wyznaczenie gęstości cieczy za poocą wagi hydrostatycznej. Spis przyrządów: waga techniczna (szalkowa), koplet odważników, obciążnik, ławeczka. Zagadnienia: 1. Ciężar, asa, ciężar właściwy i gęstość ciał.. Wpływ teperatury na gęstość.. Metody wyznaczania gęstości. 4. Określenie oentu siły. 5. Warunek równowagi sił na dźwigni dwustronnej. 6. Prawo Archiedesa. 7. Technika ważenia za poocą wagi technicznej. 8. Przebieg ćwiczenia i sposób opracowania wyników. Literatura 1. A. Piekara, Mechanika ogólna.. A. Zawadzki, H. Hofokl, Laboratoriu fizyczne. PWN, W-wa, T. Dryński, Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. PWN, W-wa H. Szydłowski, Pracownia fizyczna. PWN, W-wa Waga hydrostatyczna 1

2 Wykonanie ćwiczenia: 1. Wyznaczyć przy poocy wagi szalkowej asę obciążnika 1 (asa obciążnika w powietrzu 1 ).. Wyznaczyć asę obciążnika, zanurzonego w wodzie destylowanej, w ty celu ustawić nad lewą szalką wagi technicznej ławeczkę, uieścić na niej zlewkę z wodą destylowaną, zawiesić obciążnik (rys.1).. Wyznaczyć asę obciążnika, zanurzonego w badanej cieczy. 1 - obciążnik, - zlewka, - ławeczka. Rys. 1. Waga hydrostatyczna Waga hydrostatyczna

3 4. Obliczyć gęstość badanej cieczy ρ. asa wypartej przez obciążnik cieczy: wzorcowej wynosi 1 badanej wynosi 1. objętość zanurzonego obciążnika obliczyć z zależności: 1 ρ gdzie ρ o - gęstość wody destylowanej. gęstość badanej cieczy obliczyć z zależności : ρ 1 1 o ρ o Waga hydrostatyczna

4 Wstęp teoretyczny Gęstość ρ (asa właściwa ) - asa jednostki objętości substancji. Dla ciał jednorodnych wyraża się zależnością ρ gdzie: oznacza asę ciała, jego objętość. Jednostką gęstości w układzie SI jest kg 1. Ciężar właściwy γ - ciężar jednostki objętości substancji. gdzie: θ g oznacza ciężar ciała, - objętość ciała, g - przyśpieszenie N zieskie. Jednostką ciężaru właściwego w układzie SI jest 1. γ Gęstość ożna powiązać z ciężare właściwy ciała zależnością: θ γ ρ g Dla ciał jednorodnych w każdy punkcie gęstość jest jednakowa. W przypadku ciał niejednorodnych należy ówić o rozkładzie gęstości w danej objętości ciała. Ponieważ objętość ciała zienia się z teperaturą następująco: zate gęstość zależy od teperatury: t 0 ( 1+ βt) ρ t 0 ρ0 ( 1+ βt) 1+ βt Ze względu na ałą wartość współczynnika rozszerzalności objętościowej ożey zastosować wzór przybliżony: ρ t ρ 0 ( 1 βt) Waga hydrostatyczna 4

5 gdzie: 0, ρ 0 - objętość i gęstość w teperaturze 0 o C t, ρ t - objętość i gęstość w teperaturze t o C β - współczynnik rozszerzalności objętościowej wyraża względny przyrost objętości przypadający na jednostkowy przyrost teperatury: β 1 t. Współczynnik β inforuje o jaką część pierwotnej objętości zwiększy się objętość danego ciała pod wpływe ogrzania o 1 stopień. Znając gęstość ożna określić rodzaj ateriału, jakość produktów, stężenie roztworów. Z tego powodu opracowano kilka etod pozwalających określić gęstość ciał: wyznaczanie gęstości cieczy lub ciał stałych przy użyciu wagi hydrostatycznej, wyznaczanie gęstości cieczy lub ciał stałych za poocą piknoetru, wyznaczanie gęstości cieczy za poocą wagi Mohra. wyznaczanie gęstości cieczy za poocą rurek Harrego. wyznaczanie gęstości cieczy za poocą areoetru. Waga hydrostatyczna 5

6 Moent siły Moente siły M r nazyway wielkość fizyczną wektorową równą iloczynowi wektoroweu wektora położenia r r punktu, w który jest zaczepiona siła F r, i tej siły. r r r M F Wektor oentu siły jest prostopadły do płaszczyzny wyznaczonej przez wektor r i wektor siły F, a jego zwrot określa reguła śruby prawoskrętnej. Zgodnie z tą regułą, jeśli będziey obracali po najkrótszej drodze pierwszy wektor (tu: r) tak, aby pokrył się z drugi (tu: F), to obracana w ty say kierunku śruba prawoskrętna będzie przesuwać się (będzie wkręcana lub wykręcana) w kierunku określający zwrot wektora M. Wartość bezwzględna oentu siły wynosi M F r sinα F r o gdzie: α - kąt zawarty iędzy wektorai r i F, r o - rzut wektora r na prostą prostopadłą do F, czyli raię siły. Rys.. Moente siły M r działający na punkt aterialny o asie ; siła F r i jej raię r o leżą w jednej płaszczyźnie. Waga hydrostatyczna 6

7 Warunek równowagi sił na dźwigni dwustronnej. Rys. Dzwignia dwustronna Dźwignia dwustronna jest w równowadze gdy wartości oentów sił przyłożone do obu raion są równe: r F r F 1 1 a ściślej gdy sua wektorów oentów sił względe osi obrotu O jest równa zeru: r r r r F+ F Prawo Archiedesa Ciało w całości lub częściowo zanurzone w płynie wypierane jest ku górze siłą równą ciężarowi płynu wypartego przez to ciało. (Na ciało zanurzone w płynie działa siła wyporu skierowana pionowo do góry równa iloczynowi objętości zanurzonego ciała i ciężaru właściwego płynu, czyli ciężarowi wypartego przez to ciało płynu.) W Q plynu W ρ g plynu kg s kg s [ ] [ N] W Waga hydrostatyczna 7

8 Wyznaczanie gęstości cieczy przy użyciu wagi hydrostatycznej W celu wyznaczenia nieznanej gęstości cieczy za poocą wagi hydrostatycznej wyznaczay asę obciążnika(próbnika): w powietrzu 1 w cieczy wzorcowej o znanej gęstości ρ o (najczęściej wodzie destylowanej) w badanej cieczy. Masa wypartej przez obciążnik cieczy: wzorcowej wynosi 1 badanej wynosi 1. Objętość zanurzonego obciążnika obliczay z zależności 1 ρ Korzystając z definicji gęstości, otrzyujey następujący wzór na gęstość badanej cieczy: ρ 1 1 o ρ o Używany obciążnik nie oże być wykonany z ateriału, który się rozpuszcza w wykorzystywanych cieczach a jego gęstość usi być większa od gęstości cieczy wzorcowej ρ o i gęstości cieczy badanej. Waga hydrostatyczna 8