Как найти массу пробирки

Цель работы:
На опыте выяснить условия, при которых тело плавает и при которых тонет.
Приборы и материалы:
Весы с разновесами, измерительный цилиндр (мензурка), пробирка−поплавок с пробкой, проволочный крючок, сухой песок, фильтровальная бумага или сухая тряпка.
Указания к работе:
1. Повторите по учебнику § 52 «Плавание тел».
2. Насыпьте в пробирку столько песка, чтобы она, закрытая пробкой, плавала в мензурке с водой в вертикальном положении и часть её находилась над поверхностью воды.
3. Определите выталкивающую силу, действующую на пробирку. Она равна весу воды, вытесненной пробиркой. Для нахождения этого веса определите сначала объём вытесненной воды. Для этого отметьте уровни воды в мензурке до и после погружения пробирки в воду. Зная объём вытесненной воды и плотность, вычислите её вес.
4. Выньте пробирку из воды, протрите её фильтровальной бумагой или тряпкой. Определите на весах массу пробирки с точностью до 1 г и рассчитайте силу тяжести, действующую на неё, она равна весу пробирки с песком в воздухе.
5. Насыпьте в прибор ещё немного песка. Вновь определите выталкивающую силу и силу тяжести. Проделайте это несколько раз, пока пробирка, закрытая пробкой, не утонет.
6. Результаты измерений и вычислений занесите в таблицу 13. Отметьте, когда пробирка плавает и когда тонет или всплывает.
7. Сделайте вывод об условии плавания тела в жидкости.
Таблица 13.

Условие задачи:

Пустая цилиндрическая пробирка, опущенная вертикально в воду, оказалась погруженной на 2/3 своего объема. После того как в нее положили дробинку массой 10 г, она оказалась погруженной на 3/4 объема. Чему равна масса пробирки?

Задача №3.3.37 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

Дано:

(V_{п1}=frac{2}{3}V), (m=10) г, (V_{п2}=frac{3}{4}V), (M-?)

Решение задачи:

В обоих случаях пробирка будет плавать, запишем условие плавания тел для этих случаев:

[left{ begin{gathered}
{F_{А1}} = Mg hfill \
{F_{А2}} = Mg + mg hfill \
end{gathered} right.]

Распишем по формуле силу Архимеда, учитывая, что объем погруженной части пробирки в обоих случаях разный.

[left{ begin{gathered}
{rho _в}g cdot frac{2}{3}V = Mg hfill \
{rho _в}g cdot frac{3}{4}V = Mg + mg hfill \
end{gathered} right.]

Нижнее равенство делим на верхнее, получим:

[frac{{M + m}}{M} = frac{{3 cdot 3}}{{4 cdot 2}}]

Перемножим “крест – накрест”:

[8M + 8m = 9M]

[M = 8m]

Переведем массу пробирки в систему СИ:

[10;г = 0,01;кг]

[M = 8 cdot 0,01 = 0,08;кг]

Ответ: 0,08 кг.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Смотрите также задачи:

3.3.36 Полый железный шар взвешивают в воздухе и керосине. Показания динамометра
3.3.38 С какой высоты должно падать тело плотностью 400 кг/м3, чтобы оно погрузилось
3.3.39 Чашки равноплечих весов находятся в воде плотностью 1 г/см3. Найти массу гирь

> Задача #2

Дано:

Длина бруска: м.

Ширина бруска: м.

Высота бруска: м.

Плотность морской воды: кг/м³.

Найти нужно разницу веса в воде и на суше:

Решение:

1. Найдём объём бруска:

2. Масса вычисляется по формуле:  .

3. Вес тела на суше найти довольно просто, по 3-му закону Ньютона, он по модулю равняется силе тяжести:

4. На тело в воде действует две силы — сила тяжести и сила Архимеда. Вес будет равняться их разности:

5. Найдём заданную в условии разность: .

6. Перепишем (4) с учётом (1): .

Численно:   (Н).

Ответ: 1030 Н.

_________________________________________

> Задача #3

Дано:

Объём вытесненной ртути: см³ = м³.

Плотность стекла: кг/м³.

Найти нужно вес пробирки в воздухе:

Решение:

1. Из закона Архимеда следует, что объём вытесненной жидкости равен объёму погруженной части тела, то есть: .

2. Масса вычисляется по формуле:  .

3. Вес пробирки в воздухе: .

Численно: (Н).

Переведём в милиньютоны:

Ответ: 12,5 мН.

Определение объема пробирки или пробирки для ЯМР является обычным химическим расчетом как в лаборатории по практическим соображениям, так и в классе, чтобы научиться преобразовывать единицы и сообщать значащие числа. Вот три способа найти объем.

Вычислить плотность, используя объем цилиндра

Типичная пробирка имеет закругленную форму. дно, но пробирки для ЯМР и некоторые другие пробирки имеют плоское дно, поэтому их объем представляет собой цилиндр. Вы можете получить достаточно точные измерения объема, измерив внутренний диаметр трубки и высоту жидкости.

• Лучший способ измерить диаметр пробирки – значит измерить максимальное расстояние между внутренними стеклянными или пластиковыми поверхностями. Если вы будете проводить измерения от края до края, вы включите в свои измерения саму пробирку, что неверно.
• Измерьте объем образца от того места, где он начинается, в нижняя часть трубки до основания мениска (для жидкостей) или верхнего слоя образца. Не измеряйте пробирку от нижней части основания до ее конца.

Используйте формулу для определения объема цилиндра, чтобы выполнить расчет:

V = πr ² h

где V – объем, π – число пи (около 3,14 или 3,14159), r – радиус цилиндра, а h – высота образца

Диаметр (который вы измерили) в два раза больше радиуса (или радиус равен половине диаметра), поэтому уравнение можно переписать:

V = π (1/2 d) ² h

, где d – диаметр

Пример расчета объема

Предположим, вы измеряете трубку ЯМР и обнаруживаете, что диаметр составляет 18,1 мм, а высота – 3,24 см. Рассчитайте объем. Сообщите свой ответ с точностью до 0,1 мл.

Во-первых, вам нужно преобразовать единицы, чтобы они были одинаковыми. Пожалуйста, используйте см в качестве единиц измерения, потому что кубический сантиметр – это миллилитр! Это избавит вас от проблем, когда придет время сообщить свой объем.

В 1 см 10 мм, поэтому для преобразования 18,1 мм в см:

диаметр = (18,1 мм) x (1 см/10 мм) [обратите внимание, как компенсируется мм]
диаметр = 1,81 см

Теперь подставьте значения в уравнение объема:

V = π (1/ 2 г) ² h
V = (3,14) (1,81 см/2) ² (3,12 см)
V = 8,024 см ³ [из калькулятора]

Потому что в 1 кубическом сантиметре 1 мл:

V = 8,024 мл

Но это нереальная точность, учитывая ваши измерения. Если вы укажете значение с точностью до 0,1 мл, ответ будет:

V = 8,0 мл

Определение объема пробирки по плотности

Если вам известен состав содержимого пробирки, вы можете посмотреть его плотность, чтобы определить объем. Помните, что плотность равна массе на единицу объема.

Получите массу пустой пробирки.

Получите массу пробирки плюс образец.

Масса образца:

mass = (масса заполненной пробирки) – (масса пустой пробирки)

Теперь используйте плотность образец, чтобы найти его объем. Убедитесь, что единицы плотности совпадают с единицами массы и объема, о которых вы хотите сообщить. Возможно, вам потребуется преобразовать единицы измерения.

density = (масса образца)/(объем образца)

Изменение формулы:

Объем = плотность x масса

Ожидайте ошибки в этом расчете на основании ваших измерений массы и любой разницы между заявленной плотностью и фактической плотностью. Обычно это происходит, если ваш образец не является чистым или температура отличается от температуры, используемой для измерения плотности.

Определение объема пробирки с использованием Градуированный цилиндр

Обратите внимание, что у обычной пробирки закругленное дно. Это означает, что использование формулы для объема цилиндра приведет к ошибке в ваших расчетах. Кроме того, сложно измерить внутренний диаметр трубки. Лучший способ определить объем пробирки – перелить жидкость в чистый градуированный цилиндр для снятия показаний. Обратите внимание, что в этом измерении также будет некоторая погрешность. Небольшой объем жидкости может остаться в пробирке во время переноса в мерный цилиндр. Почти наверняка часть образца останется в градуированном цилиндре, когда вы перенесете его обратно в пробирку. Примите это во внимание.

Объединение формул для получения объема

Еще один способ получить объем округлой пробирки – это чтобы совместить объем цилиндра с половиной объема сферы (полусфера, которая является закругленным дном). Имейте в виду, что толщина стекла на дне трубки может отличаться от толщины стенок, поэтому в этом расчете есть неотъемлемая ошибка.