Лабораторная работа № 4

Тема: «Определение плотности твердых тел и жидкостей гидростатическим взвешиванием»

Значение темы:

Тема «Определение плотности твердых тел и жидкостей гидростатическим взвешиванием» является основополагающей при изучении механики жидкостей.

Цель работы:

1) Определить плотность твердого тела

2) Определить плотность жидкости.

Оборудование:весы, набор грузов, скамеечка к весам, исследуемое твердое тело, исследуемая жидкость, проволочка для подвешивания тела к коромыслу весов, стеклянный стаканчик.

План изучения темы:

Контроль исходного уровня знаний.

- тестирование;

- индивидуальный устный опрос, фронтальный опрос.

Основные понятия и положения темы

Если внутри тела выделить элементарный объем dV, то в нем будет заключено некоторое количество вещества с массой dm. Отношение называется плотностью в данной точке

.

В нашем опыте мы будем иметь дело с однородными телами, в которых r одинаковы во всех точках тела. Тогда ясно, что , где m и V- масса и объем тела. Определение плотности однородного тела сводится, таким образом, к измерению массы тела и его объема.

Масса, как обычно, определяется путем взвешивания на весах. Объем находится через линейные размеры тела, если оно имеет правильную геометрическую форму. Но этот метод определения плотности недостаточно точен. Гораздо точнее можно определить плотность методом, не связанным с определением объема тела, особенно если оно имеет неправильную форму.

Таким методом является гидростатическое взвешивание - определение веса тела, погруженного в жидкость. Гидростатическое взвешивание основывается на законе Архимеда, согласно которому, на всякое тело, погруженное в жидкость (или газ), действует выталкивающая сила, равная весу вытесненной жидкости. Поэтому вес тела, погруженного в жидкость, равен

P=(m₁ - m_ж)g, (1),

где m₁- масса тела, m_ж - масса вытесненной телом жидкости.

Если объем тела обозначить через V, а плотность тела и жидкости через r и r_ж соответственно, то

m₁=rV, m_ж =r_жV, . (2)

Вес тела P определяется с помощью весов, поэтому его можно представить в виде

P=m₂g, (3),

где m₂- масса гирь, уравновешивающих вес тела, погруженного в жидкость.

Тогда из (1) и (3) получаем m₂= m₁ – m_ж

или m_ж = m₁ – m₂ (4)

Из (4) и (2) окончательно получаем

. (5)

Соотношение (5) позволяет, по измеренным m₁ и m₂, и известной плотности жидкости r_ж найти плотность тела r. Соотношением (5) можно воспользоваться также и для определения плотности жидкости. В самом деле, если сначала взвесить тело в жидкости с известной плотностью r_ж, а затем вновь в жидкости с неизвестной плотностью , то аналогично (5) можно написать

, (6)

где m₃- масса гирь при втором взвешивании. Из (5) и (6) найдем

. (7)