Порядок проведения измерений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.1

Определение объема цилиндра.

Цель работы: научиться проводить измерения с помощью штангенциркуля и микрометра, а также освоить способы обработки результатов измерений.

Задание к работе:

К работе допущен:

Работу выполнил:

Работу защитил:

Введение

Измерение физической величины заключается в сравнении ее с другой однородной физической величиной, принятой за единицу. Различают два вида измерений: прямые и косвенные.

1) Прямые измерения – это такие измерения, когда искомая величина определяется непосредственно с помощью инструмента или прибора, шкала которого проградуирована в единицах измерения определяемой величины. Прямые измерения бывают двух типов:

а)прямые единичные (однократные) измерения – это такие измерения, при которых их повторение дает один и тот же результат или, по условиям опыта, повторить измерение невозможно;

б)прямые многократные измерения – это такие измерения, при которых их повторение дает разные результаты. Число повторных измерений n называется выборкой.

2) Косвенные измерения – это такие измерения, когда искомая величина вычисляется по данным прямых измерений по соответствующим функциональным зависимостям, устанавливающим связь между искомой величиной и этими прямыми измерениями.

Измерить абсолютно точно принципиально невозможно по следующим причинам:

а) невозможно изготовить абсолютно точный прибор в связи с погрешностями изготовления;

б) приборы изнашиваются, стареют, в результате чего их точность уменьшается;

в) силы взаимодействия (силы трения, тяжести и т.д.) и внешние факторы изменяют измеряемые параметры тел, сред и влияют на характеристики приборов;

г) измеряемые параметры часто изменяются в пространстве и во времени, например, диаметр проволоки или температура помещения;

д) точность измерения зависит от квалификации экспериментатора.

Влияние этих факторов приводит к возникновению погрешностей измерений. Все погрешности делятся на две группы:

а) систематические погрешности – это такие погрешности, когда при повторении измерений величина и знак погрешности остаются неизменными. Например, часы каждые сутки «уходят вперед» на 10 секунд;

б) случайные погрешности – это такие погрешности, когда при повторении измерений величина и знак погрешности изменяются хаотически. Случайные погрешности возникают вследствие неоднозначности измеряемых параметров в пространстве и времени, а также влияния внешних факторов. Например, диаметр проволоки случайно изменяется по ее длине в обе стороны относительно среднего значения.

Для оценки точности выполненных измерений рассчитываются абсолютная и относительная погрешности.

Абсолютной погрешностью измерения Δ х _и называется разница между истинным и измеренным значениями искомой величины, измеряемая в тех же единицах, что и измеряемая величина:

Δ х _и= х _и– х.

Относительной погрешностью называется отношение абсолютной погрешности к измеренной величине, измеряется в процентах:

Так как истинное значение физической величины определить невозможно, то за результат измерений принимается действительное значение физической величины х _д, которое определяется тем или иным способом в зависимости от вида измерений и объёма выборки. Действительное значение физической величины будет сколь угодно близко приближаться к истинному значению только при бесконечно большой выборке (n → ∞). Поскольку практически выборки содержат конечное между действительным и истинным значениями существует различие, определить которое невозможно. Однако возможно определить интервал значений измеряемой величины х _д ± Δ х, называемый доверительным интервалом, в который истинное значение измеряемой величины попадает с известной вероятностью α, называемой надежностью доверительного интервала. Величина Δ х называется границей доверительного интервала.

Описание установки

Установка включает в себя измеряемые предметы (набор цилиндров с различными высотами и диаметрами), штангенциркуль и микрометр. Измерения высоты производят штангенциркулем, а диаметра – микрометром.

Штангенциркуль используют для измерений размеров тел до десятых долей миллиметра. Внешний вид штангенциркуля представлен на рис.1.

Рис.1. Штангенциркуль

Для измерения необходимого размера тело жестко закрепляют между соответствующими упорами. В лабораторной работе используются упоры (1-1¢). Сначала определяют, число целых делений основной шкалы от нуля лимба до нуля нониуса (обозначим полученный результат буквой «а»). Цена деления лимба 1 мм, следовательно, величина «а» измеряется в миллиметрах. Затем находят такое деление нониуса, которое совпадает с каким-либо делением лимба (обозначим его через «b»). Величина «b» показывает десятые доли миллиметра. Тогда искомая величина определяется по формуле:

(мм).

Для измерений размеров тел до сотых долей миллиметра используется микрометр, снабженный микрометрическим винтом. Внешний вид микрометра приведен на рис.2.

Рис.2. Микрометр

Для измерения необходимого размера тело закрепляют между упором и винтом, который следует вращать до подачи сигнала. Сначала определяется число целых видимых делений линейной шкалы (обозначим полученный результат буквой «а»). В процессе отсчета показаний возможна ситуация, когда нельзя однозначно определить видимое или невидимое очередное деление. Учет такого деления производится по следующему правилу: если на шкале барабана против горизонтальной линии стоят цифры от 0 до 25, то деление учитываем; если больше 25, то не учитываем. Величина «а» определяет целые и десятые доли миллиметра. Затем находят такое деление микрометрической шкалы, которое наиболее точно приближено к горизонтальной линии линейной шкалы, являющейся границей раздела верхней и нижней шкал (обозначим через «b»). Величина «b» показывает сотые доли миллиметра. Тогда искомая величина определяется по формуле:

(мм).