Измерение объёма тел правильной и неправильной формы

На этом уроке вы:

• усвоите понятие объема;
• научитесь использовать измерительный цилиндр (мензурку) для измерения объема жидкости или твердого тела различной формы;
• научитесь определять объем тела правильной формы с помощью линейки.

Ключевые слова: понятие объема, измерительный цилиндр, цена деления шкалы.

Нам с вами уже известно, что физика изучает явления природы. Для того чтобы их изучить и установить законы, которым подчиняются те или иные явления, необходимо не только наблюдать их, но и проводить эксперименты, которые сопровождаются измерением различных физических величин. А для измерения физических величин необходимы различные измерительные приборы.

Измерительный прибор — это средство измерения, с помощью которого получают значения измеряемой физической величины в установленном диапазоне. Каждый измерительный прибор измеряет физическую величину с определенной точностью, т. е. он не может измерить физическую величину абсолютно точно. У каждого физического прибора имеется шкала (см. рис. 11.1).

Элементы шкалы:

• Штрихи шкалы — знак на шкале (черточка, точка и т. д.), соответствующий некоторому значению физической величины.
• Оцифрованные штрихи шкалы — отметки шкалы, у которых проставлено число.
• Нулевая отметка — отметка шкалы, соответствующая нулевому значению измеряемой величины.
• Деление шкалы — промежуток между двумя соседними отметками шкалы.
• Цена деления шкалы — разность значений величины, соответствующих двум соседним отметкам шкалы.

Как определять цену деления, показано на рисунке 11.2. Там же показано, как определять объем жидкости, находящейся в измерительном сосуде.

Рис. 11.1 — шкала прибора: оцифрованные штрихи, штрихи, деления. Рис. 11.2 — определение цены деления мензурки: ЦД = (90 − 80) : 10 = 1 мл; объем жидкости с учетом цены деления V = 72 мл; погрешность измерения ΔV = 1 : 2 = 0,5 мл; ответ: V = (72 ± 0,5) мл.

Остановимся более подробно на физической величине, которую называют объемом.

Объем — количественная характеристика пространства, занимаемого телом или веществом. С понятием объема тесно связано понятие вместимости — объема внутреннего пространства сосуда, ящика, контейнера и т. п. Объем тела (как и вместимость сосуда) определяется его формой и линейными размерами. Основное свойство объема — аддитивность, то есть объем любого тела равен сумме объемов его частей.

Единицей измерения объема в СИ является кубический метр: (м³). От нее образуются производные единицы измерения объема — кубический сантиметр, кубический дециметр (литр) и т. д.

В разных странах для жидких и сыпучих веществ также используются различные внесистемные единицы объема: галлон, баррель и др.

Для обозначения объема традиционно используется заглавная латинская буква $V$, являющаяся сокращением от лат. volume — «объем», «наполнение».

Как же вычисляют объем? В математике существуют специальные формулы для вычисления объема тел правильной формы (табл. 11.1).

Таблица 11.1

Следовательно, чтобы определить объемы этих тел, необходимо с помощью линейки измерить длину, ширину и высоту предмета (у куба они равны) и по формуле рассчитать объем тела.

Для определения объема тел сложной формы применяют другой способ. В мензурку наливают некоторое количество воды и определяют ее объем $V_1$. Затем в мензурку помещают тело неправильной формы, объем которого необходимо определить. Отмечают новый объем воды в мензурке $V_2$. Разность этих объемов и даст нам объем тела:

Эти объемы легко определить, зная цену деления мензурки.

Объем тела можно определить по формуле: $V = \dfrac{m}{\rho}$, где $\rho$ — плотность вещества, из которого изготовлено тело (это табличная величина). Останется только определить массу с помощью весов и произвести вычисления.

Вопросы

1. Что понимают под физической величиной?
2. Что значит измерить физическую величину?
3. Что такое шкала прибора и какие основные элементы шкалы вы знаете?
4. Как определить цену деления шкалы прибора?
5. Что понимают под объемом тела или жидкости?
6. Как рассчитать объем тела?

Творческая мастерская

Экспериментируйте. Налейте в мензурку некоторое количество воды и измерьте объем воды. Через два дня повторите снова и сравните показания. Объясните результат опыта. Посмотрите видео через QR-код. Проанализируйте измерение объема тела в мензурке.

Анализируйте.

1. Выберите верные утверждения: 1) в литровую банку вмещается 1 см³ воды; 2) массу арбуза нельзя измерять в литрах; 3) объем жидкости в ведре измеряется в килограммах; 4) объем воздушного шарика можно измерять в литрах.
2. Каким из мерных цилиндров (см. рис. 11.3) можно определить объем более точно? Почему?
3. Используя рисунок 11.4, определите объем тела, находящегося в воде.

Рис. 11.3 и рис. 11.4

4. Расскажите, как с помощью приборов, изображенных на рисунке 11.5, можно определить объемы тел, расположенных рядом.

Рис. 11.5

5. С помощью ученической линейки измерьте объем своего учебника по физике и объем одного листа в нем.