Предложите способ достаточно точного взвешивания тела без уравновешивания весов

Оценка массы тел без весов

Урок обобщения. 9-й класс. Инженерный профиль

Знания, не рождённые опытом, матерью всей достоверности, бесплодны и полны ошибок.
Леонардо да Винчи

Эффективность учебного процесса во многом зависит от того, насколько сознательно учащиеся участвуют в нём. Ученик – не пассивный слушатель, а скорее помощник и даже коллега учителя в решении проблемных ситуаций, создаваемых им на уроках. К числу таких уроков относится и представленный урок решения экспериментальных задач.

Цели урока: оценить значимость законов механики для решения практических задач; научиться грамотно оценивать результат эксперимента и погрешности измерения.

План-конспект урока

I этап. Вступительное слово учителя: определение целей и задач урока, запись темы урока, ознакомление учащихся с правилами работы и ходом защиты экспериментальных задач. Общий обзор предложенных задач, их краткий анализ.

II этап. Защита задач с проведением эксперимента и обязательной оценкой погрешности измерения. Каждая задача обсуждается, зачитываются соответствующие законы механики. Во время подготовки четырёх учеников у доски (задача 2 выполняется вдвоём) класс фронтально выполняет экспериментальную задачу: оценивают массу и плотность стекла, имея мензурку с водой и пробирку. Результаты этой работы также обсуждаются.

III этап. Подведение итогов урока, оценка его значимости учащимися.

IV этап. ДЗ: 1) оцените массу тела, вес которого больше пределов измерения динамометра; 2) оцените максимальную силу натяжения, которую может выдержать леска. Оборудование: леска d = 0,1–0,2 мм, гиря массой 0,5–1 кг, линейка.

Задача 1. Оценка массы тела с использованием рычага (предложил Антон Бухман)

Оборудование: тело, массу которого надо оценить; тело произвольной массы; мерный цилиндр; вода или другая жидкость известной плотности; рычаг.

Ход работы

1. Уравновешиваем на рычаге (линейке длиной l и массой m_л) два тела массами m₁ и m₂; m₁ надо определить, m₂ – произвольная.

Запишем условие равновесия для тела, способного вращаться на оси:

2. Опустим тело массой m₁ в воду и снова добьёмся равновесия рычага.

С учётом условия равновесия для рычага запишем:

Заменим m₂ на m₁•l₁/ l₂ и учтём, что где V₁ – объём тела массой m₁:

(m₁–F_A)l₃ = m₁ • l₁; (m₁ – •V₁)l₃=m₁•l₁.

Оценка погрешности. Из конечной формулы видно, что погрешность может быть допущена при введении , а также при измерении V₁, l₃ и l₁. Оценим погрешность для каждой величины.

1000 кг/м 3 . Принято считать, что (погрешность констант). Тогда:

(с₁ – цена деления);

– тело m₁ должно иметь плотность больше плотности воды;

– погрешность тем меньше, чем ближе плотность тела к плотности воды

Задача 2. Оценка массы тела методом гидростатического взвешивания (предложили Наташа Щукина, Галина Волкова)

Оборудование: штатив, муфта, лапка, пружина, лист белой бумаги, сосуд с водой, мерный цилиндр, тело неизвестной массы, линейка с ценой деления c = 0,001 м,

Ход работы

1. Соберём установку по рисунку.

2. Определим положение свободного конца пружины х₀ и примем его за начало отсчёта удлинений пружины.

3. Подвесим к свободному концу пружины тело неизвестной массы и измерим с помощью линейки удлинение пружины x₁:

Условие равновесия: m=F_упр, где F_упр = kx₁, следовательно, m=kx₁.

4. Опустим тело на пружине в сосуд с водой и измерим новое удлинение x₂:

Тогда условие равновесия запишется так: m = F_A + kx₂.

Сила Архимеда F_A=, значит, mg=

5. Определим объём тела с помощью мензурки с водой: V=0,000 020 м 3 ±0,000 002 м 3 .

6. Из уравнений m=kx₁ и mg=+kx₂ найдём и искомую массу тела:

7. Найдём относительную погрешность. Неточность в измерениях мы допускали при определении x₁, x₂ и V, значит,

Найдём абсолютную погрешность:

= 0,1511 кг • 0,21 = 0,0320 кг.

Вывод: один из способов достаточно точного определения массы без помощи весов – это метод гидростатического взвешивания

Задача 3. Оценка массы тела с использованием закона сохранения импульса (предложила Татьяна Почаевец)

Оборудование: две монеты (масса одной известна, другой – нет), деревянная линейка (с=1 мм), наклонная плоскость.

Ход работы

1. Устанавливаем монету неизвестной массы m₂ у основания наклонной плоскости, а монету известной массы m₁ пускаем по ней.

2. Когда монета переходит на горизонтальную плоскость, происходит нецентральный удар с монетой неизвестной массы m₂. Записываем закон сохранения импульса в проекции на горизонтальную плоскость: р=р₁+р₂, где – импульс системы до соударения, р₁+р₂ – импульс системы после соударения, р₁=m₁u₁, р₂=m₂u₂.

3. Убрав тело m₂, опять пускаем с той же высоты тело m₁. Измеряем тормозной путь АВ и, применяя закон сохранения энергии для незамкнутой системы, оцениваем

4. Аналогично, измеряя тормозные пути АЕ и CD, определяем u₁ и u₂ соответственно:

(Судя по рисунку, дроби KN/DN и AM/AE надо поменять местами.Ответ будет другой. – Ред.)

Сделав несложные преобразования, получим:

5. Использовав в качестве тел монеты, получили: m₁=0,0064кг, AB=0,1м, AE=0,079м, AM=0,01м, ND=0,064м, CD=0,054м, NM=0,065м, m₂=0,0021кг.

При измерении массы монеты взвешиванием получили m₂ = 0,0019 кг. Отсюда относительная погрешность

1. Идея задачи 3 неплохая, но исполнение вызывает ряд замечаний. Не дано чёткого определения точек отсчёта измеряемых отрезков и места нахождения m₂ (в частности, неясно, что такое ND и CD).
2. Для оценки погрешности важно провести несколько измерений, а не одно.
3. Правильность решения физической задачи легко оценить, задавая простые частные условия. В данном случае: при центральном соударении и равных массах тел коэффициент при m₁ должен обращаться в решении в 1, а тормозной путь второго тела должен быть равен АВ, что явно из ответа не следует.

Галина Александровна Петухова – выпускница Тульского ГПИ им. Л.Н.Толстого, заслуженный учитель РФ, пятикратный Соросовский учитель, педагогический стаж 40 лет. Самые дорогие для неё люди – это её ученики. И они отвечают учительнице любовью. Ученики Галины Александровны неоднократно становились победителями городских, областных и зональных олимпиад по физике. Многие выпускники выбрали профессию учителя. Галина Александровна увлекается музыкой, поэзией, театром, творчески подходит к любому начинанию, работает с энтузиазмом и выдумкой.

Источник

Предложите способ достаточно точного взвешивания тела без уравновешивания весов

Вопрос по физике:

Предложите два способа взвешивания на неточных неравноплечих чашечных весах без предварительного их уравновешивания.

Ответы и объяснения 1

1 способ. Не надо добиваться горизонтальности. Угол, который образует рычаг относительно земли при пустых чашках должен быть таким же, как и при взвешивании.
2 способ.
Гири слева — груз справа.
Гири справа — груз слева.
И находим среднее значение

Знаете ответ? Поделитесь им!

Как написать хороший ответ?

Чтобы добавить хороший ответ необходимо:

• Отвечать достоверно на те вопросы, на которые знаете правильный ответ;
• Писать подробно, чтобы ответ был исчерпывающий и не побуждал на дополнительные вопросы к нему;
• Писать без грамматических, орфографических и пунктуационных ошибок.

Этого делать не стоит:

• Копировать ответы со сторонних ресурсов. Хорошо ценятся уникальные и личные объяснения;
• Отвечать не по сути: «Подумай сам(а)», «Легкотня», «Не знаю» и так далее;
• Использовать мат — это неуважительно по отношению к пользователям;
• Писать в ВЕРХНЕМ РЕГИСТРЕ.

Есть сомнения?

Не нашли подходящего ответа на вопрос или ответ отсутствует? Воспользуйтесь поиском по сайту, чтобы найти все ответы на похожие вопросы в разделе Физика.

Трудности с домашними заданиями? Не стесняйтесь попросить о помощи — смело задавайте вопросы!

Физика — область естествознания: естественная наука о простейших и вместе с тем наиболее общих законах природы, о материи, её структуре и движении.

Источник

СПОСОБ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ ТВЁРДЫХ ТЕЛ Российский патент 2017 года по МПК G01N9/08

Описание патента на изобретение RU2629910C9

Изобретение относится к технике гидростатического взвешивания для определения плотности твердых тел, оборудования для его реализации и может быть использовано для определения плотности твердых тел в различных отраслях техники.

Известен способ гидростатического взвешивания тела для определения плотности тела по патенту WO №9324821 (А1)-1993-12-09, который включает погружение тела в бассейн с водой, уравновешивание тела специальными грузами до состояния плавания без погружения или всплытия, определение силы всплытия тела и грузов для достижения гидростатического состояния, определение массы тела и грузов. По полученным данным известный способ расчета позволяет определить плотность тела. Способ низко технологичен, поскольку уравновешивания тела достаточно сложно и требует специального оснащения, а погрешность определения плотности при использовании способа значительна.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому эффекту является способ гидростатического взвешивания и набора приспособлений для его реализации по патенту СА №1334107 (G01G 5/00), являющийся развитием способа по патенту WO №9324821, в котором специальные грузы заменены заполняемым водой контейнером. Технологичность способа повышается, однако остается недостаточной, а погрешность определения плотности — значительной.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является повышение технологичности взвешивания и точности определения плотности. Технический результат состоит в простоте взвешивания за счет отсутствия специального оборудования и приспособлений, кроме электронных весов для взвешивания, а также в высокой точности определения плотности, которая, в конечном счете, в случае учета всех факторов, определяющих погрешность, зависит только от точности применяемых для взвешивания весов.

Технический результат достигается тем, что в способе гидростатического взвешивания твердого тела для определения его плотности, включающем определение массы тела, погружение тела в емкость с рабочей жидкостью, уравновешивание тела до достижения гидростатического состояния, определение выталкивающей силы и последующий расчет плотности тела известным способом по отношению его массы к объему, рассчитанному исходя из выталкивающей силы и плотности рабочей жидкости, проводят взвешивание тела на гибкой подвеске, обнуляют показания электронных весов перед погружением тела в емкость с жидкостью, а значение выталкивающей силы определяют по показанию на дисплее весов после погружения тела в емкость с жидкостью (фигура 1).

Повышение технологичности взвешивания достигается упрощением процесса определения выталкивающей силы, которая в данном случае определяется непосредственно по показанию электронных весов 6 после погружения тела 1, подвешенного посредством гибкой подвески 2, в емкость 3 с рабочей жидкостью 4 (фигура 1, положение 2). Гибкая подвеска 2 обеспечивает уравновешивание тела 1 и достижение гидростатического состояния. В качестве гибкой подвески 2 в зависимости от массы тела могут быть использованы нить, леска, шнур, фал или трос. Гибкая подвеска 2 должна надежно выдерживать массу тела 1 при минимальном объеме подвески 2. Тело 1 на гибкой подвеске 2 закрепляется, например, на штативе 5, установленном на весы 6.

В положении 1 (см. фигуру 1) определяется масса G тела 1, после чего показания весов 6 обнуляются.

В положении 2 после погружения тела 1 в емкость 2 с рабочей жидкостью 4 посредством гибкой подвески 2 обеспечивается достижение гидростатического состояния. Сила натяжения гибкой подвески 2 уменьшается на величину выталкивающей силы F. При обнулении весов 6 перед погружением тела 1 в емкость 2 с рабочей жидкостью 4 и последующим погружением тела 1 в емкость 2 с рабочей жидкостью 4 на дисплее весов высвечивается значение выталкивающей силы F. В случае использования в качестве рабочей жидкости дистиллированной воды (плотность воды без учета температуры равна 1 г/см 3 ) выталкивающая сила тела F по значению соответствует объему тела. Далее известным способом рассчитывается плотность тела.

Точность определения плотности зависит, прежде всего, от точности весов 1. Повышение точности обеспечивается поправками на температуру рабочей жидкости 3 и выталкивающую силу погруженного в рабочую жидкость участка гибкой подвески 5. Погрешность определения плотности уменьшается с увеличением массы и размеров тела.

Способ применим для определения плотности тел неправильной сложной формы и больших размеров.

Пример конкретного применения

Гидростатическое взвешивание цилиндрической компактной заготовки из порошкового алюминиевого сплава САС-1 диаметром 118, высотой 152 мм. Взвешивание проводили в водопроводной воде на электронных весах модели CAS ED-6H. Температуру воды измеряли ртутным термометром ГОСТ 9871 с точностью ±0,1°С. Увеличение плотности водопроводной воды по сравнению с дистиллированной считали равным 0,0002 г/см 3 . Заготовку на штативе подвешивали с помощью лески диаметром 0,5 мм.

Выталкивающую силу погруженного в воду участка лески длиной 500 мм, объемом ≈0,0985 см 3 , на которой подвешивали заготовку, не учитывали.

После установки на весах штатива показания весов обнуляли и подвешивали на леске заготовку. Масса заготовки, определенная взвешиванием в положении 1 (см. фигуру 1), составила 4469,6 г. После определения массы заготовки показания весов вновь обнуляли.

Показание на дисплее весов после погружения подвешенной заготовки в емкость с водой (см. фигуру 1, положение 2), т.е.значение выталкивающей силы, составило 1667,6 г. При фактической температуре воды 20,2°С и выталкивающей силе

где γ_BB 20,2°C — плотность водопроводной воды при температуре 20,2°С,

V_BB — объем водопроводной воды, вытесненный заготовкой,

объем вытесненной заготовкой воды составил 1670,307569 см 3 , что соответствует рассчитанной плотности заготовки 2,675914 г/см 3 .

Погрешность рассчитанного в данном примере значения плотности заготовки состоит из погрешности двух взвешиваний и выталкивающей силы погруженного в воду участка лески и составляет 0,0006556 г/см 3 (0,0245%).

Пример иллюстрирует возможность применения предлагаемого способа для ускоренного высокотехнологичного упрощенного экспресс-анализа плотности твердого тела значительных габаритов и массы, например, в производственных условиях, с погрешностью не более чем в четвертом знаке после запятой.

Таким образом, применение предлагаемого способа позволяет без использования специального и аналитического оборудования обеспечить существенное повышение технологичности взвешивания при высокой точности определения плотности.

Похожие патенты RU2629910C9

название	год	авторы	номер документа
СПОСОБ ГРАДУИРОВКИ И ПОВЕРКИ РАСХОДОМЕРА ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ	2013	Качанов Григорий Константинович Кружаев Константин Владимирович Хвостенко Наталья Николаевна	RU2533745C1
СПОСОБ ЗАПРАВКИ ГАЗОМ БАЛЛОНОВ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ	1993	Фролов С.И. Логош О.М.	RU2049956C1
Способ определения плотности пористых тел	1982	Ковалев Анатолий Михайлович Поликарпов Николай Викторович Рейнов Владимир Львович Трушкин Валерий Михайлович Уткин Юрий Михайлович	SU1065735A1
СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОБЪЕМОВ ПОРИСТЫХ ТЕЛ	2013	Луньков Александр Евгеньевич Куликова Лариса Николаевна	RU2525931C1
Универсальный прецизионный плотномер жидких сред	2016	Осипов Николай Егорович Осипов Андрей Николаевич Тимохин Александр Александрович Осипов Максим Андреевич Тимохина Ирина Николаевна	RU2663551C2
Способ определения плотности твердых тел и устройство для его осуществления	2019	Бирман Алексей Романович Марченко Владимир Валентинович	RU2708714C1
Гидростатические весы	1979	Данилин Альберт Петрович	SU798494A1
Способ определения плотности древесины	1975	Недосекин Константин Иванович Шляпников Алексей Петрович	SU569897A1
Способ определения объема и плотности твердых тел	1986	Попов Михаил Леонидович Торопин Сергей Иванович Щелкин Алексей Петрович Жеглова Нина Борисовна	SU1420465A1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОБЪЕМА ОБРАЗЦОВ КАМЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ НЕПРАВИЛЬНОЙ ФОРМЫ	1991	Довбня Ю.И. Кудяков А.И.	RU2029949C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 629 910 C9

Реферат патента 2017 года СПОСОБ ГИДРОСТАТИЧЕСКОГО ВЗВЕШИВАНИЯ ТВЁРДЫХ ТЕЛ

Изобретение относится к способу гидростатического взвешивания твердого тела для определения его плотности, включающему в себя определение массы тела, погружение тела в емкость с рабочей жидкостью, уравновешивание тела до достижения гидростатического состояния, определение выталкивающей силы и последующий расчет плотности тела по отношению его массы к объему, рассчитанному исходя из значений выталкивающей силы и плотности рабочей жидкости. Способ согласно настоящему изобретению отличается тем, что проводят взвешивание тела, подвешенного на гибкой подвеске, обнуляют показания электронных весов перед его погружением в емкость с жидкостью, а значение выталкивающей силы определяют по показанию на дисплее весов после погружения тела, подвешенного на гибкой подвеске, в емкость с жидкостью. Технический результат – повышение технологичности и точности способа гидростатического взвешивания твердых тел. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 629 910 C9

Способ гидростатического взвешивания твердого тела для определения его плотности, включающий определение массы тела, погружение тела в емкость с рабочей жидкостью, уравновешивание тела до достижения гидростатического состояния, определение выталкивающей силы и последующий расчет плотности тела по отношению его массы к объему, рассчитанному исходя из выталкивающей силы и плотности рабочей жидкости, отличающийся тем, что проводят взвешивание тела на гибкой подвеске, обнуляют показания электронных весов перед его погружением в емкость с жидкостью, а значение выталкивающей силы определяют по показанию на дисплее весов после погружения тела в емкость с жидкостью.

Источник