POLITECHNIKA BIAŁOSTOCKA KATEDRA ZARZĄDZANIA PRODUKCJĄ Instrukcja o zajęć laboratoryjnych z przemiotu: FIZYKA Ko przemiotu: KS07; KN07; LS07; LN07 Ćiczenie Nr Wyznaczanie gęstości cieczy i ciał stałych za pomocą agi hyrostatycznej Autor: mgr inż Krzysztof Kamil Żur r inż Wojciech Jarmoc Białystok 04
Wszystkie praa zastrzeżone Wszystkie nazy hanloe i toaró ystępujące niniejszej instrukcji są znakami toaroymi zastrzeżonymi lub nazami zastrzeżonymi opoienich firm onośnych łaścicieli
Postay teoretyczne Gęstością nazyamy stosunek masy (m) o objętości (V): m = () V Jenostką gęstości ukłazie SI jest kg/m lub pochone (np g/cm ) Ciężar łaściy określany jest zorem: Q γ =, () V gzie: Q - ciężar ciała, V - objętość Jenostką ciężaru łaściego ukłazie SI jest N/m Ze zoró () i () oraz II zasay ynamiki Netona ynika ziązek mięzy ciężarem łaściym i gęstością: γ = g () Gęstość ciał nieforemnych można yznaczyć korzystając z praa Archimeesa, które mói: na każe ciało zanurzone płynie (cieczy lub gazie) ziała siła yporu F róna ciężaroi cieczy (gazu) ypartej przez to ciało F = V g, (4) gzie: c - gęstość cieczy, V - objętość ypartej cieczy róna objętości zanurzonej części ciała Wyznaczanie gęstości ciała stałego o > Prao Archimeesa pozala na yznaczenie objętości ciała zanurzonego cieczy Ciało zaieszone na szalce agi i zanurzone cieczy (Rys) oznaje ziałania sił: Q - siły ciężkości i F - siły yporu skieroanej ku górze gzie: Q - pozorny ciężar ciała cieczy, ciężar oażnikó c Q F = Q (5), F Q
Rys Nieforemne ciało zanurzone cieczy Z tego rónania można yznaczyć objętość ciała zanurzonego: m m V =, (6) gzie: m - masa ciała poietrzu, m - pozorna masa ciała cieczy (np ozie), masa oażnikó - gęstość cieczy (np gęstość oy = g/cm ) Wobec tego gęstość ciała stałego ynosi: m m = = V m m (7) Wyznaczanie gęstości ciała stałego o < Ciało o gęstości < ażymy poietrzu - m Następnie iążemy to ciało o < razem z ciałem o > ( yznaczono poprzenim ośiaczeniu) i ażymy ozie - m Z praa Archimeesa znajujemy łączną objętość obu ciał V ( ) m + m g m g = g V (8), gzie: m + m - masa obu ciał poietrzu Stą: m + m m V =, (9) Chcąc znaleźć objętość V ciała o < należy o objętości całkoitej V ojąć objętość ciała o > (V g zoru (6)): V m + m m = (0) Wzór na gęstość ciała lżejszego o oy bęzie miał postać: m m = = V m + m m () Wyznaczanie gęstości cieczy Posługujemy się ciałem stałym o > Należy zażyć to ciało poietrzu - m, następnie ozie - m oraz baanej cieczy m 4 Zgonie z praem Archimeesa ( m m4 ) oznacza masę cieczy ypartej przez to ciało, ( m m ) masę ypartej oy Objętość cieczy ypartej róna jest objętości oy ypartej i róna objętości ciała stałego: m m4 m m V = =, () 4
m m 4 = m m () Cel i zakres ćiczenia Celem ćiczenia jest zapoznanie się z metoą yznaczania objętości ciał nieforemnych na postaie praa Archimeesa Zakres ćiczenia obejmuje ykonanie pomiaró pozalających yznaczyć gęstość ciał o >, < oraz c Metoyka baań Do ośiaczenia potrzebna jest aga szalkoa z kompletem oażnikó, zleka z oą, aga cyfroa oraz nieforemne ciała Wykonanie ćiczenia a zażyć ciało o gęstości > poietrzu - m, zażyć ciało ozie - m, yniki zapisać tabelce, z rónania (7) obliczyć gęstość ciała b zażyć ciało o < poietrzu - m, zażyć oba ciała ziązane i całkoicie zanurzone ozie - m, yniki zapisujemy tabelce, obliczyć gęstość ze zoru () c zażyć ciało poietrzu - m, zażyć ciało całkoicie zanurzone ozie - m, zażyć ciało całkoicie zanurzone cieczy - m, 4 yniki zapisać tabelce, obliczyć gęstość cieczy g zoru () Uaga: W p b i c można korzystać z pomiaró ciała o > ykonanych punkcie a Przy ażeniu ciał ozie i cieczy trzeba zrócić uagę, aby ciała były całkoicie zanurzone cieczy i nie otykały ścianek zleki Wszystkie pomiary umieścić Tabeli 5
Obliczyć niepeność złożoną bezzglęną metoą różniczki zupełnej, przyjmując, że niepeności ażenia róne są masie najmniejszego oażnika Tabela Wyniki pomiaró Naza Wyniki ażenia [g] Gęstość yznaczona ciała m m m m m4 [g/cm] > < Wymagania BHP Należy przestrzegać przepisó BHP oboiązujących Laboratorium Fizyki na Wyziale Zarzązania Politechniki Białostockiej Spraozanie stuenckie Spraozanie stuenckie poinno zaierać: Zasay ziałania agi laboratoryjnej uramiennej oraz yproazenie zoró na yznaczenie gęstości ciał stałych > i < oraz gęstości cieczy Cel ćiczenia, którym jest zapoznanie się z praktycznym zastosoaniem praa Archimeesa o yznaczania gęstości ciał stałych i cieczy Metoykę baań: opisać przebieg eksperymentu, przestaić yniki pomiaró tabeli, ykonać obliczenia, poać przykłaoe obliczenia, poać przyczyny nieokłaności pomiaru i ustalić okłaności ażenia, ykonać rachunek błęu metoą różniczki zupełnej oraz przeyskutoać yniki, poać przyczyny nieokłaności pomiaru nieuzglęnione rachunku błęu Przykłaoe pytania kontrolne Co to jest gęstość substancji i jakich jenostkach yrażamy gęstość ukłazie SI? Poać treść praa Archimeesa Wyproazić zory użyane o obliczania gęstości yznaczonej na postaie praa Archimeesa 6
Literatura Halliay D, Resnick R, Walker J (0), Postay fizyki, Tom, Państoe Wyanicto Naukoe PWN, Warszaa Jeżeski M (966), Fizyka, Państoe Wyanicto Naukoe PWN, Warszaa Dryński T (977), Ćiczenia laboratoryjne z fizyki, Państoe Wyanicto Naukoe PWN, Warszaa 7