Gidrostatik muvozanatlar: yaratilish tarixi, tarkibiy qismlari, foydalanish usullari

2024 Muallif: Aaron Duncan | [email protected]. Oxirgi o'zgartirilgan: 2024-01-01 20:19

Suyuqlik va qattiq jismlarning zichligini aniqlash uchun ularning massasi va hajmini bilish kerak. Agar massani o'lchashda muammolar bo'lmasa, u holda tananing hajmining aniq qiymatini, agar u ma'lum muntazam geometrik shaklga ega bo'lsa, masalan, prizma yoki piramida shakliga ega bo'lsa, topish mumkin. Agar tananing o'zboshimchalik shakli bo'lsa, uning hajmini standart geometrik vositalar bilan aniq aniqlash mumkin emas. Biroq, suyuqlik yoki qattiq jismning zichlik qiymati gidrostatik balans yordamida yuqori aniqlik bilan o'lchanishi mumkin.

Tarixiy ma'lumot

Insoniyatni qadim zamonlardan beri jismlarning hajmi va zichligini oʻlchash masalasi qiziqtirib kelgan. Omon qolgan tarixiy dalillarga ko'ra, qayd etilgan muammoni birinchi bo'lib Arximed oltin tojning soxta ekanligini aniqlash bo'yicha unga berilgan topshiriqni bajarganida muvaffaqiyatli hal qilgan.

Arximedmiloddan avvalgi III asrda yashagan. U kashf etilgandan so'ng, insoniyat o'z ishida yunon tomonidan ishlab chiqilgan jismoniy printsipdan foydalanadigan ixtironi yaratish uchun deyarli 2000 yil vaqt talab qildi. Bu gidrostatik muvozanat. 1586 yilda Galiley tomonidan ixtiro qilingan. Bu tarozilar qadimdan turli suyuqlik va qattiq jismlarning zichligini aniq o‘lchashning asosiy usuli bo‘lib kelgan. Galileyning gidrostatik muvozanatining surati quyida keltirilgan.

Keyinchalik ularning xilma-xilligi paydo bo'ldi - Mohr-Vestfal tarozilari. Ularda ikkita bir xil tutqich o'rniga faqat bittasi ishlatilgan, ularda o'lchangan yuk to'xtatilgan va muvozanatni olish uchun ma'lum massa yuklari siljiydi. Mohr-Vestfal shkalasi quyida ko'rsatilgan.

Hozirgi vaqtda ilmiy laboratoriyalarda gidrostatik muvozanatlar kam uchraydi. Ular piknometr yoki elektron tarozi kabi aniqroq va ishlatish uchun qulay asboblar bilan almashtirildi.

Galiley tarozisining tarkibiy qismlari

Ushbu qurilma markaziy gorizontal oʻq atrofida erkin aylana oladigan bir xil uzunlikdagi ikkita qoʻliga ega. Har bir tutqichning uchidan bir stakan osilgan. U ma'lum massadagi og'irliklarni ushlab turish uchun mo'ljallangan. Stakanlarning pastki qismida ilgak bor. Unga turli yuklarni osib qoʻyishingiz mumkin.

Ogʻirliklarga qoʻshimcha ravishda gidrostatik tarozi ikkita metall tsilindrni oʻz ichiga oladi. Ular bir xil hajmga ega, ulardan faqat bittasi butunlay metalldan yasalgan, ikkinchisi esa ichi bo'sh. Shuningdek, shisha tsilindrni ham o'z ichiga oladi.o'lchov paytida suyuqlik bilan to'ldirilgan.

Koʻrib chiqilayotgan asbob Arximed qonunini koʻrsatish hamda suyuqlik va qattiq jismlarning zichligini aniqlash uchun ishlatiladi.

Arximed qonunining namoyishi

Arximed suyuqlikka botgan jism uni siqib chiqarishini va koʻchirilgan suyuqlikning ogʻirligi tanaga yuqoriga qarab taʼsir etuvchi suzuvchi kuchga toʻliq teng ekanligini aniqladi. Biz gidrostatik muvozanat yordamida bu qonunni qanday tekshirish mumkinligini ko‘rsatamiz.

Qurilmaning chap kosasiga avval ichi bo'sh metall silindrni, keyin esa to'liq silindrni osib qo'yamiz. Qurilmani muvozanatlash uchun tarozilarning o'ng tomoniga og'irliklar qo'yamiz. Endi shisha tsilindrni suv bilan to'ldiramiz va uning ichiga chap idishning to'liq metall og'irligini joylashtiramiz, shunda u butunlay suv ostida qoladi. Ko'rinib turibdiki, to'g'ri idishning og'irligi kattaroq bo'ladi va qurilma muvozanati buziladi.

Keyin biz ichi bo'sh ustki silindrga suv tortamiz. Keling, tarozilar yana qanday qilib muvozanatni tiklashini ko'rib chiqaylik. Metall tsilindrlarning hajmlari teng bo'lganligi sababli, to'liq silindr bilan almashtirilgan suvning og'irligi uni suyuqlikdan itarish kuchiga teng bo'ladi.

Quyidagi rasmda tasvirlangan tajriba tasvirlangan.

Qattiq moddalarning zichligini o'lchash

Bu gidrostatik tortish tarozilarining asosiy vazifalaridan biridir. Tajriba quyidagi bosqichlar shaklida amalga oshiriladi:

• Tananing og'irligi o'lchanadi, uning zichligi topilishi kerak. Buning uchun u kosalardan birining ilgagidan osiladi va ikkinchi idishga tegishli massadagi og'irliklar qo'yiladi. Keling, topganimizni belgilaylikyo'l yuk belgisi og'irligi qiymati m_1.
• O'lchangan korpus butunlay distillangan suv bilan to'ldirilgan shisha tsilindrga botiriladi. Bu holatda tana yana tarozida tortiladi. O'lchangan massa m_{2 bo'lsin.}
• Qattiq jismning r_{s zichlik qiymatini quyidagi formuladan foydalanib hisoblang:}

r_s=r_lm₁/(m ₁- m₂₎

Bu yerda r_l=1 g/sm^{3 - distillangan suvning zichligi.}

Shunday qilib, qattiq jismning zichligini aniqlash uchun uning havodagi va zichligi ma'lum bo'lgan suyuqlikdagi og'irligini o'lchash kerak.

Suyuqliklarning zichligini aniqlash

Gidrostatik tarozilarning ishlashi uchun asos bo'lgan Arximed printsipi ko'rib chiqilayotgan qurilma yordamida har qanday suyuqlikning zichligini o'lchash imkonini beradi. Bu qanday amalga oshirilganini tasvirlab beraylik:

• Ixtiyoriy yuk olinadi. Bu metall qattiq silindr yoki o'zboshimchalik shaklidagi boshqa tana bo'lishi mumkin. Keyin yuk r_l1 ma'lum zichlikka ega suyuqlikka botiriladi va yukning og'irligi m_{1 o'lchanadi.}
• Bir xil yuk zichligi noma'lum r_l2 bo'lgan suyuqlikka butunlay botiriladi. Bu holda uning massa qiymatini yozing (m_2).
• O'lchangan qiymatlar formulaga almashtiriladi va suyuqlikning zichligini aniqlaydi r_l2:

r_l2=r_l1m₂/m ₁

Bdistillangan suv odatda ma'lum zichlikka ega suyuqlik sifatida ishlatiladi (r_l1=1 g/sm^3).

Shunday qilib, moddalar va materiallarning zichligini aniqlash uchun Galileyning gidrostatik balansidan foydalanish juda oson. Ularning natijalarining aniqligi 1% ichida.