ОБОРУДОВАНИЕ: Штангенциркуль, микрометр, тела цилиндрической формы.
ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Измерение линейных размеров.
1. Для измерения линейных размеров и угловых величин используют различные приборы и инструменты. Наиболее простым из них является масштабная линейка. Величина наименьшего деления такой линейки, выраженная в мм, называется ценой деления.
Если измерение длин необходимо провести с большой точностью, то применяют вспомогательную шкалу измерительного инструмента-нониус.
Нониус бывает линейный (у штангенциркуля)-для измерения линейных величин, и угловой (у угломера)-для измерения угловых величин.
2. Штангенциркуль (рис.1.1.2) служит для линейных измерений, не требующих высокой точности. Он состоит из стальной штанги А (с неподвижной ножкой В) со шкалой, цена деления которой обычно равна 1 мм. Вторая ножка Д подвижная, имеет нониус С.
Нониусом называется специальная шкала, дополняющая обычный масштаб и позволяющая повысить точность измерения в 10-20_раз.
Линейный нониус представляет собой небольшую линейку С, скользящую вдоль основной шкалы. Когда ножки В и Д соприкасаются, нуль нониуса и основной шкалы совпадают (рис, 1.1.1).
Нониусы изготавливаются таким образом, чтобы длина всех делений нониуса была равной (Kn-1) делений шкалы штанги А, где К-целое число [обычно равно 2 (рис.1.1.1. и 1.1.2.) или 5].
Если a -цена деления нониуса (определяется как отношение длины нониуса по основной шкале А в мм. к числу делений нониуса n), b. - цена деления масштабной шкалы А, то связь между делениями основной шкалы и нониуса следующая:
na=(kn-1)b 1.1.1
Получаемая из этого выражения разность
kb-a=b/n 1.1.2
называется точностью нониуса.
Точность нониуса равна отношению цены деления масштабной шкалы к числу делений на нониусе.
Для нашего примера (рис. 1.1.2.) n=10; К=2;b=1мм.
Цена деления нониуса:
(kn-1)b/n=(k-1/n)b=1,9мм.
точность нониуса:
kb-a=2*1-1,9=0,1мм.
b/n=1/10=0,1мм.
Чтобы измерить длину предмета, его помещают между ножками штангенциркуля В и Д, которые сдвигают до соприкосновения с предметом и закрепляют винтом Е. (рис.1.1.2.). После этого делают отсчет по линейке и нониусу и вычисляют длину предмета.
![Штангенциркуль](http://testent.ru/fizika/lab/fizika_lab_1.png)
Для этого отсчитывают целое число миллиметров по линейке А , укладывающееся до нулевого деления нониуса. Затем по нониусу находят какое по счету деление нониуса совпадает с делением линейной шкалы, умножают на точность нониуса и прибавляют к показаниям линейки.
Для рис.1.1.2. находим: отсчет по линейке 6...мм, отсчет по нониусу-(совпадает 2-е деление нониуса с делением по основной шкале) 0,2 мм. Таким образом, длина предмета 6,2 мм.
При однократном или многократных измерениях в качестве систематической ошибки следует брать величину равную точности нониуса.
3. Микрометр служит для более точных измерений линейных размеров. Основной частью его является микрометрический винт (рис.1.1.3а) работа которого заключается в том, что линейное перемещение винта прямопропорционально величине его шага и углу поворота:
L=hφ/2π
Где:
L-линейное перемещение винта,
φ-угол поворота винта в радианах,
h-шаг винта - смещение барабана вдоль линейной шкалы за 1 оборот.
![Нониус](http://testent.ru/fizika/lab/fizika_lab_2.png)
Из рис. 1.1.З а видно, что при движении точки А по винтовой линии с небольшим углом подъема α , малые перемещения L в осевом направлении легче и точнее можно измерить, отсчитывая их угловое перемещение. С этой целью на окружности барабана нанесено 50 делений, позволяющие отсчитывать малые линейные перемещения винта. Для измерения числа целых оборотов служит линейная шкала.
![Нониус](http://testent.ru/fizika/lab/fizika_lab_3.png)
Микрометр состоит из скобы 1, на которой крепятся основные детали, неподвижной пятки 2, вращающегося шпинделя 3 с микровинтом, стопорного винта 4 для закрепления шпинделя, гильзы 5 с линейкой (основной) шкалой 6, барабана 8 с круговой шкалой 7, колпачка 9 для крепления барабана на шпинделе и трещетки 10, служащей для равномерного нажатия шпинделя на измеряемый образец. (Рис.1.1.4.). Линейная шкала 6 на гильзе 5, деления которой нанесены через 1 мм. представляет из себя две шкалы, сдвинутые друг относительно друга на 0,5 мм(см.рис.1.1.3 б).
Измерения с помощью микрометра производятся в следующем порядке. Предмет помещают между пяткой 2 и шпинделем 3 и, вращая барабан при помощи трещотки 10, доводят шпиндель до упора о поверхность предмета, сигналом чего служат щелчки трещотки. По линейной шкале, против скошенного края барабана, отсчитывают целое число делений с точностью до 0,5 мм. Десятые и сотые доли миллиметра отсчитывают по делению круговой шкалы» оказавшемуся против горизонтальной линии основной шкалы, как это было указано на рисунке 1.1.3 б.
Так как с помощью микрометра можно измерять с точностью до 0,01 мм., то в качестве погрешности, при однократном измерении, принимают половину этой величины, т.е. ± 0,005 мм.
Для измерения высоты используют штангенциркуль, диаметра-микрометр, массы-технические весы.
Так как высота и диаметр могут оказаться неодинаковыми в разных местах (дефект обработки), то измерение следует проводить не менее 5 раз в разных точках и в разных направлениях. Высоту следует измерять не по центру оснований, а по их краям, так как возможна их не параллельность. Результаты следует заносить в таблицы Расчеты погрешностей следует вести по статистическим методам обработки результатов измерений.
ВОПРОСЫ К ДОПУСКУ
1. Что представляет собой нониус?
2. Как производится отчет размера предмета с помощью нониуса?
3. Каково устройство штангенциркуля?
4. Каково устройство микрометра?
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каким прибором следует воспользоваться, если один и тот же линейный размер тела можно измерить штангенциркулем и микрометром?
2. Выведите формулу линейного нониуса.
3. В каких измерениях данной работы учитывалась систематическая ошибка? Как вы её учитывали?
4. Какая из ошибок: систематическая или случайная преобладала при измерениях? В каких случаях достаточно ограничиться одной, и в каких необходимо учитывать обе?
5. Как учитывалась приборная погрешность при оценке погрешности результата?
Внимание выполнение работы и ход работы находится внутри файла.