- •Фізичний практикум з механіки та молекулярної фізики
- •§1. Рекомендації з вимірювання фізичних величин та загальні правила роботи у фізичних лабораторіях 9
- •§2. Лабораторні роботи з механіки 35
- •§ 4. Довідникові матеріали з механіки та молекулярної фізики 223
- •§1. Рекомендації з вимірювання фізичних величин та загальні правила роботи у фізичних лабораторіях
- •1.1. Визначення похибок вимірювань
- •1.1.1. Абсолютні та відносні похибки
- •1.1.2. Прямі та непрямі вимірювання
- •1.1.3. Систематичні та випадкові похибки
- •1.1.3.1. Систематичні похибки
- •1.1.3.2. Випадкові (статистичні) похибки
- •1.2. Рекомендації щодо обробки результатів вимірювань та їхнього запису
- •1.2.1. Правила запису результатів
- •1.2.2. Правила визначення похибки прямих вимірювань
- •Коефіцієнти Стьюдента tp
- •Кількість вимірювань п, що гарантує величину обраної частки випадкової помилки
- •1.2.3. Визначення похибки непрямих вимірювань
- •Формули для оцінки похибок результату непрямого вимірювання
- •Різноманітних фізичних явищ. В ній також наведено вирази для розрахунків абсолютної та відносної похибок для цих функціональних залежностей.
- •1.3. Графічне представлення експериментальних результатів
- •1.3.1. Правила побудови графіків
- •1.3.2. Метод найменших квадратів
- •1.4. Правила поведінки студентів у фізичних лабораторіях
- •1.5. Правила оформлення лабораторного журналу
- •Лабораторний журнал
- •З Фізичного практикуму
- •Студента групи тп-11 фтф
- •Сидоренка Володимира
- •1.6. Зразок звіту про виконання лабораторної роботи
- •§2. Лабораторні роботи з механіки
- •2.1. Лабораторна робота «Вивчення рівноприскореного руху та визначення величини прискорення вільного падіння на машині Атвуда»
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.2. Лабораторна робота «Дослідження закону збереження енергії та визначення моменту інерції механічного тіла відносно фіксованої осі обертання за допомогою маятника Максвела»
- •1.1. Робота з приладом
- •1.2. Параметри маятника
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.3. Лабораторна робота «Визначення прискорення сили тяжіння за допомогою фізичного та математичного маятників»
- •2.4. Лабораторна робота «Визначення моментів інерції твердого тіла за допомогою обертового маятника»
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.5. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнтів тертя за допомогою похилого маятника»
- •3. Порядок виконання роботи
- •2.6. Лабораторна робота «Визначення швидкості польоту тіла за допомогою балістичного маятника»
- •2.1. Короткі теоретичні відомості
- •2.2. Порядок виконання роботи
- •3.1. Короткі теоретичні відомості
- •3.2. Порядок виконання роботи
- •2.7. Лабораторна робота «Вивчення особливостей руху гіроскопа»
- •4. Порядок виконання роботи
- •2.8. Лабораторна робота «Вивчення будови терезів та техніки зважування»
- •2.9. Лабораторна робота «Вивчення основного закону динаміки обертального руху на хрестовому маятнику Обербека»
- •2.10. Лабораторна робота «Визначення роботи деформації, коефіцієнта відновлення, часу та сили взаємодії тіл при ударі»
- •2.11. Лабораторна робота «Вивчення вимушених механічних коливань»
- •2.12. Лабораторна робота «Вивчення параметричних механічних коливань»
- •3. Порядок виконання роботи
- •§3. Лабораторні роботи з молекулярної фізики
- •3.1. Лабораторна робота «Визначення довжини вільного пробігу та ефективного діаметра молекул повітря»
- •1. Ознайомлення з основами теорії стаціонарних процесів перенесення
- •2. Опис лабораторного устаткування
- •3. Порядок виконання роботи
- •4. Обробка отриманих результатів вимірювань
- •5. Представлення здобутих результатів
- •3.2. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини методом Стокса»
- •1. Короткі теоретичні відомості про стаціонарні явища перенесення
- •2. Визначення коефіцієнта внутрішнього тертя рідини
- •3. Опис лабораторного устаткування
- •4. Порядок виконання роботи
- •5. Обробка отриманих результатів вимірювань
- •6. Представлення здобутих результатів
- •3.3. Лабораторна робота «Визначення відношення величин теплоємностей газу за умов сталого тиску та сталого об’єму»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Визначення коефіцієнта Пуассона
- •3. Порядок виконання роботи
- •4. Обробка здобутих результатів вимірювань
- •5. Представлення здобутих результатів
- •3.4. Лабораторна робота «Визначення вологості повітря»
- •1. Короткі теоретичні відомості.
- •2. Визначення вологості повітря методом психрометра
- •3. Опис приладу та вимірювання відносної вологості повітря
- •4. Порядок виконання роботи
- •3.5. Лабораторна робота «Визначення швидкості звуку у повітрі інтерференційним методом»
- •1. Ознайомлення з основами теорії поширення звуку
- •2. Опис лабораторного обладнання
- •3. Порядок виконання роботи
- •4. Обробка здобутих результатів вимірювань
- •5. Представлення здобутих результатів
- •3.6. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнта теплопровідності металів»
- •1. Ознайомлення з основами класичної теорії теплопровідності
- •2. Теоретичне обґрунтування методики експерименту
- •3. Опис лабораторної установки
- •4. Порядок виконання роботи
- •5. Обробка здобутих результатів вимірювань
- •6. Представлення здобутих результатів
- •3.7. Лабораторна робота «Визначення питомої теплоємності твердих тіл методом адіабатичного калориметра»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис лабораторного обладнання
- •3. Порядок виконання роботи
- •3.8. Лабораторна робота «Визначення коефіцієнтів пружності при поздовжній та поперечній деформаціях»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис лабораторної установки для визначення модуля Юнга
- •3. Порядок виконання роботи з визначення модуля Юнга
- •4. Визначення модуля зсуву g
- •5. Опис лабораторної установки з визначення модуля зсуву
- •6. Порядок виконання роботи з визначення величини g
- •3.9. Лабораторна робота «Вимірювання тиску газу в вакуумній камері, що відкачується форвакуумним насосом»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •1.3. Манометри, що вимірюють низький тиск
- •1.4. Вакуумметр віт-2 (призначення та правила роботи)
- •1.5. Вакуумметр термопарний
- •3. Порядок виконання роботи
- •3.2. Вимикання установки та вимірювання натікання газу до вакуумного балону
- •3.10. Лабораторна робота «Визначення питомої теплоти пароутворення води»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис лабораторної установки
- •3. Порядок виконання роботи
- •3.11. Лабораторна робота «Визначення питомої теплоти плавлення олова та побудова діаграми стану оловосвинець»
- •1. Короткі теоретичні відомості
- •2. Опис установки
- •3. Визначення питомої теплоти плавлення олова
- •4. Оцінка похибки вимірювання
- •5. Побудова діаграми стану системи оловосвинець
- •§ 4. Довідникові матеріали з механіки та молекулярної фізики
- •4.10. Густина рідин (, кг/м3)
- •4.11. Термодинамічні сталі газів (за нормальних умов): молярна маса, показник адіабати, коефіцієнт теплопровідності, коефіцієнт внутрішнього тертя,, діаметр молекул d
- •4.12. Сталі Ван-дер-Ваальса
- •4.17. Коефіцієнти теплопровідності, температура та питома теплота плавлення твердих тіл
- •4.18. Пружні сталі твердих тіл (величини вказаних коефіцієнтів пружності сильно залежать від технології виготовлення, наявності домішок таке інше )
- •4.19. Граничні коефіцієнти для твердих тіл та води
- •4.21. Коефіцієнти тертя ковзання
- •4.22. Коефіцієнти тертя кочення,, см
- •4.23. Швидкість звуку в газах
- •4.24. Швидкість звуку у повітрі при різних температурах
- •4.24. Швидкість звуку у рідинах
- •4.27. Психрометрична таблиця відносної вологості повітря
- •Список літератури
- •Предметний покажчик
4. Порядок виконання роботи
Увімкнути вентилятор і розпочати стеження за показанням термометра. Коли показання стануть сталими (через 45 хв.), їх записують. При відліку показань термометрів варто відрахувати десяті частини градусів і записати спочатку їх, а тільки після цього їх цілі значення.
Визначити за допомогою психрометра відносну вологість повітря в лабораторії, користуючись таблицею 4.27.
Порівняти цей експериментальний результат із даними лабораторного приладу, що визначає відносну вологість через зміну коефіцієнта пружності спеціального матеріалу внаслідок змін вологості повітря та через формулу (3.56).
Контрольні питання
1. Сформулюйте правило фаз для термодинамічних систем.
2. Що таке потрійна точка води? Намалюйте її на графіку в координатах тискоб’єм: P,V.
3. Сформулюйте закон Клаузіуса.
4. Що таке точка роси, абсолютна та відносна вологість?
5. Як змінюється відносна вологість при зміні температури?
6. Що таке насичена пара та від чого залежить її тиск?
7. Сформулюйте закон Дальтона для суміші газів.
3.5. Лабораторна робота «Визначення швидкості звуку у повітрі інтерференційним методом»
Мета роботи:
Визначити швидкість звуку в повітрі інтерференційним методом.
Ознайомитися з фізикою процесу поширення звукових хвиль у газовому середовищі.
Обладнання: прилад Квінке для дослідження взаємодії звукових хвиль, генератор електричних коливань звукового діапазону, осцилограф, система перетворення електричних сигналів у звукові та звукових сигналів у електричні (динамік та мікрофон, відповідно).
1. Ознайомлення з основами теорії поширення звуку
Як відомо з теорії інтерференції, результат лінійної взаємодії двох хвиль (тобто збільшення або зменшення амплітуди результуючої хвилі) залежить від різниці фаз, з якими ці хвилі приходять до точки їхньої взаємодії.
Інтерференція, що спостерігається при визначенні даним методом швидкості звуку, є наслідком взаємодії двох звукових монохроматичних хвиль з фіксованою частотою. В даній роботі вона реалізується у вигляді періодичної зміни величини тиску повітря вздовж об’єму металевої трубки, в якій ці хвилі поширюються. Загальну інтерференційну картину в цій трубі можна було б зареєструвати рухомими датчиками, але це технічно важко зробити. Значно простіше зробити нерухомий датчик, а натомість змінювати шлях, який проходять дві монохроматичні хвилі від їхнього джерела до місця детектування їхньої лінійної взаємодії.
В даній роботі змінюється пройдений шлях однієї з цих двох хвиль. Вимірюючи відстань між двома сусідніми максимумами (або мінімумами) результуючої хвилі за допомогою нерухомого датчика, можна зробити висновок про довжину взаємодіючих хвиль.
Таким чином, експериментальний метод, що використано у даній роботі для визначення швидкості звуку S, базується на безпосередньому вимірюванні частоти та довжини хвилі звуку, які пов’язано формулою:
S =. (3.57)
В описаному досліді довжина хвилі визначається за наслідком лінійної взаємодії (інтерференції) двох звукових хвиль. Різниця ходу S між ними (від місця їхнього утворення до місця їхньої взаємодії та детектування), при якій спостерігається найменша (чи найбільша) інтенсивність звуку, як відомо з теорії інтерференції, пов'язана з довжиною взаємодіючих хвиль наступним співвідношенням:
, (3.58)
де N – натуральне число. Ця різниця ходу визначається у досліді за допомогою приладу Квінке, опис якого подано нижче. Частота задається електричним генератором в діапазоні звукових частот 20÷20000 Гц.
Поширення звуку в повітрі, як свідчать експериментальні дані, досить точно описується адіабатичним процесом. Швидкість звуку при цьому приблизно дорівнює:
, (3.59)
де коефіцієнт Пуассона, та P – густина та тиск повітря відповідно.