Tyo 1 - Tekniikan yksikkö - Oamk

Fysiikan laboratoriotyöohjeTietotekniikan koulutusohjelmaOAMK Tekniikan yksikköTYÖ 1: KAPPALEEN TIHEYDEN MÄÄRITYSTeoriaaTiheys ρ määritellään kaavalla(1) ρ = m V, jossa m = massa ja V = tilavuus.Kiinteän aineen tiheys voidaan määrittää kaavaan (1) perustuen:- Punnitaan kappale ilmassa.- Lasketaan tilavuus kappaleen mittojen perusteella.Kappaleen tiheys ρ voidaan määrittää myös Arkhimedeen lain avulla:m1(2) ρ = ⋅ ρn,m − m1 2jossa m 1= kappaleen massa ilmassa punnittunam 2= kappaleen massa nesteessä punnittuna (= siirtopainovaa’an antama lukemakappaleen ollessa nesteeseen upotettuna)ρ n = nesteen tiheysArkhimedeen lain mukaan nesteen kappaleeseen kohdistama noste on ρ nVg . Kunkäytetään edellä olevia merkintöjä, saadaan ρ nVg = m1 g − m2 g . Kun edellisestäratkaistaan tilavuus ja tämä sijoitetaan kaavaan (1), päädytään kaavaan (2). Esitä kaavan(2) johtaminen työselostuksessa.MittauksetTyössä määritetään suorakulmainen särmiön tiheys molemmilla em. tavoilla ja lieriöntilavuus kaavaan (1) perustuen.- Suorakulmaisesta särmiöstä mitataan pituus, leveys ja korkeus mikrometriruuvilla.Saman ulottuvuuden mittaus tehdään 10 kertaa siten, että kukin mittaus suoritetaanhiukan eri kohdista kappaletta.- Mittaussarjoja käytetään suureiden absoluuttisten virheiden arvioinnissa.- Huom. Absoluuttinen virhe on vähintään mittavälineen mittaustarkkuudensuuruinen.- Mitataan lieriön pohjan halkaisija ja korkeus työntömitalla vastaavalla tavalla kuinsuorakulmaisen särmiön tapauksessa eli sama mittaus tehdään 10 kertaa hiukan erikohdasta kappaletta.- Kappaleiden punnitukset suoritetaan siirtopainovaa´alla (lukematarkkuus on 0,01 g).- Punnitaan särmiö sekä ilmassa että veteen upotettuna, jotta voidaan määrittääkappaleen tiheys Arkhimedeen lakiin perustuen. Punnitaan särmiö tutkittavaannesteeseen upotettuna, jotta voidaan määrittää tutkittavan nesteen tiheysArkhimedeen lakiin perustuen.

2- Lisäksi määritetään veden tiheys areometrillä ja tutkittavan nesteen tiheys Mohr-Westphalin vaa’alla.Tulosten laskenta ja virheenarviointiKiinteän aineen tiheys1. Suorakulmainen särmiöA. Tiheys ρ = m 1V( V = a b c )Suoritetaan virheenarviointi massan ja särmien pituuden virheiden perusteella.B. Lasketaan suorakulmaisen särmiön tiheys Arkhimedeen lakiin perustuenvesipunnituksen perusteella. Tästä osasta ei tarvitse tehdä virheenarviointia.2. LieriöA. Tiheys2m1π d hρ = ( V = )V4Suoritetaan virheenarviointi myöskin lieriön tiheydelle.3. Nesteen tiheys ( ) ρ n- Kun kappale on punnittu ilmassa ja tutkittavaan nesteeseen upotettuna, lasketaannesteen tiheys soveltamalla Arkhimedeen lakia. Kappaleen tiheytenä käytetäänkaavalla (1) saatua tiheyttä.- Todetaan areometrin ja Mohr-Westphalin vaa’an antamat tulokset.LopputuloksetTyöselostuksessa esitetään lopputuloksina:1. Särmiön tiheys virheineen (sekä absoluuttisen että suhteellisen virheen avullaesitettynä)- Särmiön tiheys Arkhimedeen lain avulla laskettuna2. Lieriön tiheys virheineen3. Tutkittavan nesteen tiheys Arkhimedeen laista saatunaMohr-Westphalin vaakaTarkastellaan Mohr-Westphalin vaa’an periaatetta: (periaatekuva työohjeen lopussa).Punnusten G 1 , G 2 ja G 3 painot on valittu siten, että G 2 = 0,1 G 1 ja G 3 = 0,01 G 1 .Merkitään pisteen O suhteen laskettuja momentteja seuraavasti:M1 = N ⋅ l = ρnVgl= nosteen aiheuttama momentti

33M2= G1l1 + G2l2 + G3l3= G ili= punnusten aiheuttama momenttii=1Momentit M 1 ja M 2 vaikuttavat vastakkaisiin suuntiin ja kumoavat toistensavaikutuksen. Kyseessä on siis momenttitasapaino eli M 1 = M 2ρ nVgl = G l + G l + G l = G l + 0, 1G l + 0,01G l1 1 2 2 3 3 1 1 1 2 1 3( 0, 1 0,01 )= G l + l + l1 1 2 3( 0 1 0 01 )ρ nVgl = m1 g l1 + , l2 + , l3, jossa m 1 = 5 g ja V= 5 cm 3 sekä l = 10 jakoosaa( + 0, 1⋅ + 0,01⋅)1 1 2 3m l l lρ n=V ⋅ lsaadaan:( 0, 1 0, 01 0,001 )ρ n= ⋅ l + ⋅ l + ⋅lSijoittamat edellä mainitut m 1 :n, V:n ja l: n arvotgcm1 2 3 3l , l ja l ovat ratsastajapunnusten paikat. Jos nesteen tiheys on suurempi kuin1 2 31 g/cm 3 , lisätään toinen punnus G 1 lämpömittarin kanssa samaan koukkuun jadesimaalit saadaan samalla tavalla kuten edellä.Mohr-Westphalin vaa’an periaatekuva:ll 1l 2Nl 3G 3G 2G 1neste(tiheys ρ n)lämpömittari(tilavuus V )

4Oulun Seudun AmmattikorkeakouluMITTAUSPÖYTÄKIRJALABORATORIOTYÖ 1TIHEYDEN MÄÄRITYSRyhmä:__________________________ Pvm:______________________________________________________ Laatija:____________________________________________________ Työn ohjaaja:__________________________Käytetyt välineet:MittaustuloksetSärmiö Lieriö OSA 2 (Vesi)m i = m 2 = m v =∆m i = ∆m 2 = ∆m v =a b c h d OSA 3 (Neste)1 m n =2 ∆m n =3456 ρ H2O =7 ρ n =8910