Решение
Объем тела неправильной формы невозможно точно измерить с помощью измерительных приборов. Поэтому для измерения объема воспользуемся стаканом. Полностью погруженное в жидкость тело вытесняет объем жидкости, равный объему самого тела. Воспользуемся этим законом и найдем объемы некоторых тел следующим образом. Налейте в стакан достаточное количество воды и полностью погрузите в него свое тело. Разница между начальным объемом и объемом жидкости, в которую погружено тело, равна объему этого тела.
$ V = V_ {2} — V_ {1} $, где $ V_ {2} $ — объем воды и тела, $ V_ {1} $ — начальный объем воды в стакане.
- Прежде чем измерить физическую величину с помощью измерительного прибора, необходимо определить значение деления ее шкалы.
Чтобы определить цену деления, нужно взять 2 соседних числа, найти их разницу (вычесть наименьшее из наибольшего), затем разделить полученное число на количество мелких штрихов между этими числами.
На шкале цилиндра возьмем, например, числа 20 и 30.
Следовательно, цена каждого деления будет равна
$ frac {30–20} {2} = frac {10} {2} $ = 5 мл. - Налейте в стакан достаточно воды, чтобы все тело можно было полностью погрузить в воду. Начальный объем воды 70 см ^ {3}$.
- Погружаемся в воду, придерживая ее за проволоку, корпус которой хотим измерить объем (шар, стержень, цилиндр), и снова измеряем объем жидкости.
Расчеты.
$ V_ {br} = 95 — 70 = 25 см ^ {3}$
$ V_ {q} = 85 — 65 = 20 см ^ {3}$
$ V_ {w} = 75 — 60 = 15 см ^ {3}$ - Результаты измерений занесены в Таблицу 9.
Таблица 9.
эксперимент n. Название тела Начальный объем воды в стакане $ V_ {1}, см ^ {3} $ Объем воды и тела $ V_ {2}, см ^ {3} $ Объем тела V, $ см ^ {3} $$ V = V_ {2} -V {1}$
| один | Бар | 70 | 95 | 25 |
| 2 | Цилиндр | 65 | 85 | ветры |
| 3 | Мяч | 60 | 75 | 15 |
Вывод. В ходе лабораторных работ мы научились измерять объемы тел с помощью градуированного цилиндра и обнаружили, что объем тел равен разнице между объемом воды, в которую погружено тело, и начальным объемом воды вода.
Другие виды манометров
Жидкостный манометр позволяет производить точные измерения, но имеет один существенный недостаток: конструкция устойчива к ударам и вибрации. Поэтому сегодня такие устройства в основном используются в лабораториях. С развитием отрасли возникли и другие типы манометров, способные измерять давление в любых условиях: на движущихся механизмах, при сильных вибрациях и т.д. По конструкции деформирующие устройства и поршневые (собственный вес.
Деформационные манометры
Тензодатчик — это компактное механическое устройство, которое измеряет давление непосредственно в паскалях (без преобразования из других единиц). Его рабочий элемент — дугообразная или спиральная трубка Бурдона, в которую закачивается газ. Если давление внутри трубки увеличивается, она начинает распрямляться и это движение передается через соединительную систему на стрелку. Когда давление сбрасывается, он возвращается в исходное положение.
Вместо трубки можно использовать пружину, мембрану или другой чувствительный элемент, деформирующийся под давлением. Принцип работы манометра остается прежним: деформация передается стрелке, движущейся по шкале.
Измерители деформации металла чаще всего используются в быту и на работе. Они компактны, хорошо противостоят вибрации и не требуют строго вертикальной установки. Если вам нужно выбрать, например, автомобильный манометр, он будет именно такого типа.
Интересный факт: тензодатчик был изобретен случайно. В 1845 году швейцарский ученый Р. Шинц наблюдал, как рабочие восстановили сплющенную металлическую трубку, вставив один конец и закачав в нее воду. Под действием давления трубка не гнулась, и ученому пришла в голову идея использовать для измерений тот же элемент, но для работы с воздухом, а не с водой.
Поршневые манометры
Несмотря на то, что поршневые датчики были созданы раньше тензодатчиков, они менее популярны. Сегодня такие устройства используются для исследования скважин в нефтегазовой отрасли, а также для проверки показаний в лабораториях.
На следующем рисунке вы можете увидеть, из чего состоит поршневой манометр. В простейшем варианте это емкость с маслом, соединенная через штуцер с измеряемой средой. В емкость погружается цилиндр с тщательно притертым поршнем (зазор между стенками цилиндра и поршнем должен быть минимальным). На конце поршня находится пластина, на которой можно штабелировать грузы.
Измеренное давление P действует на поршень снизу, сверху оно уравновешивается определенной силой, создаваемой весом самого поршня и грузами G1 + G2.
Давление под поршнем рассчитывается по формуле:
где G1 — масса грузов, G2 — масса поршня с пластиной, g — ускорение свободного падения, F — площадь поршня.
Кроме того, давление может быть выражено в единицах силы в соответствии с законом Паскаля:
P = F / S, где F — сила, действующая на поршень, S — площадь поршня.
С помощью поршневых манометров физики Георг Паррот и Эмиль Ленц первыми измерили давление. Но эти устройства получили распространение благодаря некоему Рухгольцу, запустившему их в серийное производство.
Жидкостный манометр
Этот тип манометра впервые появился в 17 веке. Он родился в результате экспериментов Торричелли, одного из учеников Галилео Галилея.
Итальянский ученый погрузил наполненную ртутью трубку в герметичный контейнер с одного конца. Часть ртути вылилась из трубки, и в верхней части трубки был создан вакуум. Атмосферное давление действовало на ртуть в контейнере, но не на ртуть в трубке. В результате при повышении атмосферного давления столб ртути в трубке увеличивался, а при понижении — падал.
Принцип действия жидкостного манометра в целом аналогичен принципу действия системы опытов Торричелли. Это устройство представляет собой систему сообщающихся сосудов: две трубы, соединенные в U-образную конструкцию. Система наполовину заполнена жидкостью (обычно ртутью), и если на нее действует только атмосферное давление, уровень жидкости в обеих трубах будет равным такой же.
Если одна из трубок подключена к насосному устройству или к закрытому резервуару, измеренное давление (P1) будет действовать на жидкость, содержащуюся в нем. А во второй трубке действует только атмосферное давление (P2). При изменении P1 уровень жидкости во второй трубке также изменится.
Измерив разность высоты столба Δh = h1 — h2, можно узнать, насколько изменилось давление ΔP = P1 — P2.
Результат измерения, полученный в сантиметрах ртутного столба, переводится в паскали с помощью расчета:
1 см рт. Ст. (При 0 ° C) = 1333,22 Па.
Чтобы сразу получить результат в паскале, можно воспользоваться формулой, определяющей давление воды на стенки емкости:
Р = ρgh, где ρ — плотность жидкости, g — ускорение свободного падения, h — высота столба.
Ускорение свободного падения (g) всегда составляет 9,8 Н / кг.
Интересный факт! Слава изобретателя манометра принадлежит Торричелли, но на самом деле он был изобретен за столетие до Леонардо да Винчи. Гениальный художник и ученый написал трактат по сантехнике, в котором рассказал об измерении давления воды с помощью U-образной системы, однако широкой публике эта работа стала доступна только в 19 веке.
Задачи
Задача 1
Бензин наливается в емкость, высота колонки 0,6 м. Плотность бензина 710 кг / м2. Определите давление бензина на дне емкости.
Решение:
Мы знаем:
h = 0,6 м;
= 710 кг / м2.
Ускорение g составляет 9,8 H / кг.
По формуле, определяющей давление жидкости на стенки сосуда:
P = gh;
P = 710 × 9,8 × 0,6 = 4174,8 Па = 4,7 кПа.
Ответ: 4,7 кПа.