Применение метода гидростатического взвешивания

Содержание

Метод гидростатического взвешивания……………………………………………3

Описание установки…………………………………………………………………4

Порядок выполнения работы……………………………………………………….5

Результаты экспериментальной работы……………………………………………6

Применение метода гидростатического взвешивания…………………………….7

Список литературы…………………………………………………………………..8

Метод гидростатического взвешивания

Гидростатическое взвешивание - метод измерения плотности твердых тел, основанный на определении выталкивающей силы (силы Архимеда), которая действует на исследуемое твердое тело, погруженное в жидкость известной плотности.

Плотность твёрдого тела определяют его двукратным взвешиванием — сначала в одной жидкости известной плотности, а затем в другой жидкости так же с известной плотностью.

При взвешивании тела в первой жидкости сила Архимеда определяется по следующей формуле:

где ρ – плотность тела, V – его объём, m₁ – масса гири, уравновешивающей тело в первой жидкости, ρ₁ – плотность первой жидкости, g – ускорение свободного падения.

Аналогично, при взвешивании этого же тела во второй жидкости сила Архимеда равна:

где m₂ – масса гири, уравновешивающей тело во второй жидкости, ρ₂ – плотность второй жидкости.

Решая систему уравнений (1) и (2), получим формулу для расчета плотности исследуемого твёрдого тела:

(3).

Таким образом, зная плотности жидкостей и вес исследуемого тела в этих жидкостях, можно рассчитать плотность данного твёрдого тела. Нет необходимости измерять объём исследуемого тела.

Примечание: В случае, когда плотности обеих жидкостей равны, определить плотность изучаемого тела невозможно.

Описание установки

Принципиальная схема установки приведена на рис.1.

Рис.1. Схема установки: 1 – рычажные весы, 2 – сосуд с жидкостью известной плотности, 3 – исследуемое тело, 4 – нить, 5 – гирька, уравновешивающая правую чашку весов, 6 – набор гирь.

Порядок выполнения работы

1. На левое плечо весов прикрепить гирьку, уравновешивающую правую чашку весов.

2. Подвесить исследуемое тело к крючку на левом плече весов.

3. Подвести сосуд с жидкостью к исследуемому телу и добиться полного погружения тела в эту жидкость.

4. На правую чашку весов устанавливать гирьки так, чтобы уравновесить весы.

5. В заранее подготовленную таблицу записать общую массу гирек на правой чашке весов.

6. Эти же измерения провести ещё с одной жидкостью.

7. По формуле (3) вычислить плотность исследуемого тела.

8. Сравнить полученные результаты с известными табличными значениями плотности веществ.

Рис.2 Взвешивание исследуемого тела

в первой жидкости

Рис.3 Взвешивание исследуемого тела

во второй жидкости

Результаты экспериментальной работы

Цель работы: определение плотности тел методом гидростатического взвешивания.

Приборы и оборудование: рычажные весы, небольшой сосуд, набор измеряемых тел, нитки, набор гирь, дистиллированная вода, подсолнечное масло, гирька, уравновешивающая правую чашку весов.

В качестве исследуемых тел нами были выбраны алюминиевый, железный и латунный бруски разной массы и объёма. Эти тела последовательно были погружены сначала в дистиллированную воду, затем в подсолнечное масло.

Получены следующие результаты:

ρ₁ =1000 кг/м³ – плотность воды, ρ₂ =926 кг/м³ –плотность масла.

Выводы: значения плотностей исследуемых тел, полученных экспериментально, близки к табличным значениям. Результаты зависят от точности измерений.

Нами разрабатывается план проведения подобных измерений с другими телами неизвестной плотности, а также использование в эксперименте различных жидкостей (например, рыбий жир, этиловый спирт, молоко и т.д.)

Применение метода гидростатического взвешивания

Знание плотности имеет большое значение в практической деятельности людей. Инженер, конструктор, создавая машину, может заранее по плотности и объему материалов, идущих на ее изготовление, вычислить массу будущей машины; до постройки здания можно рассчитать его массу, и на основе этого определить, сколько потребуется строительных материалов и какой фундамент заложить.

Мы живем в крае, где имеются огромные запасы нефти и газа. Геологам необходимо знать их массу в месторождении. А ее определение не возможно без знания плотности этих полезных ископаемых.

Плотность материала используется в расчётах составов бетонов и растворов, а также пористости вещества.

Пористость, в свою очередь, предопределяет водопоглощение, прочность, морозостойкость и долговечность материала.

Хорошие алмазные весы легко могут быть приспособлены для измерения плотности драгоценных камней по методу гидростатического взвешивания.

Подобные задачи практикой выдвигаются довольно часто, и мы должны уметь их решать.

Гидростатическое взвешивание является одним из простых и экономически выгодных методов определения плотности вещества.

Данный метод широко используется для определения не только плотности твёрдого тела, но и для определения плотности жидкостей. Чтобы определить плотность жидкого вещества, необходимо какое-либо твёрдое тело взвешивать трижды: сначала в воздухе, затем в жидкости с известной плотностью и в жидкости, плотность которой подлежит определению. Знать объём и плотность твёрдого тела в данной задаче необязательно.

Таким образом, метод гидростатического взвешивания часто используется в лабораторной практике.

Список литературы

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: