Гидростатикалык баланстар: жаралуу тарыхы, компоненттери, колдонуу ыкмалары

2024 Автор: Aaron Duncan | [email protected]. Акыркы өзгөртүү: 2024-01-01 20:13

Суюк жана катуу заттардын тыгыздыгын аныктоо үчүн алардын массасын жана көлөмүн билүү керек. Эгерде массаны өлчөөдө көйгөйлөр жок болсо, анда дененин көлөмүнүн так маанисин анын белгилүү регулярдуу геометриялык формасы, мисалы, призманын же пирамиданын формасы болсо, табууга болот. Эгерде дене ыктыярдуу формага ээ болсо, анын көлөмүн стандарттуу геометриялык каражаттар менен так аныктоо мүмкүн эмес. Бирок суюктуктун же катуу заттын тыгыздыгынын маанисин гидростатикалык таразаны колдонуу менен жогорку тактык менен өлчөөгө болот.

Тарыхый маалымат

Адамзат байыртадан бери эле денелердин көлөмүн жана тыгыздыгын өлчөө маселесине кызыгып келген. Аман калган тарыхый далилдерге ылайык, белгиленген көйгөй биринчи жолу Архимед тарабынан алтын таажы жасалма же жасалма экенин аныктоо үчүн берилген тапшырманы аткарып жатканда ийгиликтүү чечилген.

Архимедбиздин заманга чейинки III кылымда жашаган. Аны ачкандан кийин, адамзатка өз ишинде гректер тарабынан түзүлгөн физикалык принципти колдонгон ойлоп табууларды түзүү үчүн дээрлик 2000 жыл талап кылынган. Бул гидростатикалык баланс. 1586-жылы Галилео тарабынан ойлоп табылган. Бул таразалар көптөн бери ар кандай суюктуктардын жана катуу заттардын тыгыздыгын так өлчөөнүн негизги жолу болуп келген. Галилейдин гидростатикалык балансынын сүрөтү төмөндө көрсөтүлгөн.

Кийинчерээк, алардын сорту пайда болгон - Мор-Вестфал таразасы. Аларда эки бирдей рычагдын ордуна, өлчөнгөн жүк илинген жана тең салмактуулукту алуу үчүн белгилүү массадагы жүктөр жылган бир гана колдонулган. Мор-Вестфал шкалалары төмөндө көрсөтүлгөн.

Учурда илимий лабораторияларда гидростатикалык тең салмактуулуктар сейрек кездешет. Алар пикнометр же электрондук тараза сыяктуу так жана колдонууга оңой аспаптар менен алмаштырылды.

Галилей таразасынын компоненттери

Бул шаймандын борбордук горизонталдык огунун айланасында эркин айланган бирдей узундуктагы эки колу бар. Ар бир рычагдын учуна бир чөйчөк илинген. Ал белгилүү массадагы салмактарды кармоого арналган. Чөйчөктөрдүн түбүндө илгич бар. Ага ар кандай жүктөрдү илип койсоңуз болот.

Гидростатикалык тараза салмактардан тышкары эки металл цилиндрди камтыйт. Алардын көлөмү бирдей, алардын бирөө гана толугу менен металлдан жасалган, ал эми экинчиси көңдөй. Ошондой эле айнек цилиндр кирет.өлчөө учурунда суюктукка толгон.

Каралып жаткан аспап Архимед мыйзамын көрсөтүү жана суюктуктар менен катуу заттардын тыгыздыгын аныктоо үчүн колдонулат.

Архимед мыйзамын көрсөтүү

Архимед суюктукка чөмүлгөн дене аны сүрүп чыгарарын жана жылып кеткен суюктуктун салмагы денеге жогору карай таасир этүүчү сүзүүчү күчкө так барабар экенин аныктаган. Бул мыйзамды гидростатикалык балансты колдонуу менен кантип текшерсе болорун көрсөтөбүз.

Аппараттын сол чөйчөгүнө адегенде ичи көңдөй металл цилиндрди, андан кийин толук цилиндрди илип коёбуз. Аппаратты тең салмактоо үчүн таразанын оң жагына салмак салабыз. Эми айнек цилиндрге суу толтуруп, ага сол чөйчөктүн толук металл салмагын салалы, ал толугу менен суу астында калат. Туура идиштин салмагы көбүрөөк болуп, аппараттын тең салмактуулугу бузулаарын байкаса болот.

Андан соң көңдөй үстүнкү цилиндрге суу куябыз. Келгиле, тараза кантип тең салмактуулукту калыбына келтирерин карап көрөлү. Металл цилиндрлердин көлөмдөрү барабар болгондуктан, толтурулган цилиндр менен жылыш болгон суунун салмагы аны суюктуктан түртүп чыгарган күчкө барабар болот экен.

Төмөнкү сүрөттө сүрөттөлгөн тажрыйба көрсөтүлгөн.

Катуу заттардын тыгыздыгын өлчөө

Бул гидростатикалык таразалардын негизги милдеттеринин бири. Эксперимент төмөнкү кадамдар түрүндө ишке ашырылат:

• Дененин салмагы ченелет, анын тыгыздыгын табуу керек. Бул үчүн аны чөйчөктөрдүн биринин илгичине илип, экинчи чөйчөккө тиешелүү массадагы салмактар коюлат. Келгиле, тапканыбызды белгилейлижол жүк белгисинин салмагынын мааниси m_1.
• Өлчөнгөн дене толугу менен дистилденген суу менен толтурулган айнек цилиндрге батырылган. Бул абалда дене кайра таразага тартылат. Ченелген масса m_{2 болду дейли.}
• Төмөнкү формуланы колдонуп катуу заттын ρ_{s тыгыздык маанисин эсептеңиз:}

ρ_s=ρ_lm₁/(m ₁- m₂₎

Бул жерде ρ_l=1 г/см^{3 - дистилденген суунун тыгыздыгы.}

Ошентип, катуу дененин тыгыздыгын аныктоо үчүн анын абадагы жана тыгыздыгы белгилүү суюктуктагы салмагын өлчөө керек.

Суюктуктардын тыгыздыгын аныктоо

Гидростатикалык таразалардын иштешинин негизи болгон Архимеддин принциби каралып жаткан аппараттын жардамы менен ар кандай суюктуктун тыгыздыгын өлчөөгө мүмкүндүк берет. Анын кантип жасалганын сүрөттөп берели:

• Өз каалоосу менен жүк алынат. Бул металл катуу цилиндр же каалаган формадагы башка дене болушу мүмкүн. Андан кийин жүк белгилүү тыгыздыгы ρ_l1 болгон суюктукка салынып, жүктүн салмагы m_{1 өлчөнөт.}
• Ошол жүк ρ_l2 белгисиз тыгыздыктагы суюктукка толугу менен батырылган. Бул учурда анын массасынын маанисин жазыңыз (m_2).
• Ченген маанилер формулага алмаштырылат жана суюктуктун тыгыздыгын аныктайт ρ_l2:

ρ_l2=ρ_l1m₂/m ₁

Бдистилденген суу көбүнчө тыгыздыгы белгилүү суюктук катары колдонулат (ρ_l1=1 г/см^3).

Ошентип, Галилейдин гидростатикалык балансын заттардын жана материалдардын тыгыздыгын аныктоо үчүн колдонуу абдан оңой. Алардын натыйжаларынын тактыгы 1% чегинде.