§ 9. Практическая работа «Измерение массы тел взвешиванием»

Определения и обозначения

Масса — физическая величина, характеризующая количество вещества в теле; её обозначают буквой m и измеряют в килограммах. Это свойство нельзя надёжно определить по размеру или внешнему виду предмета. Чтобы узнать массу, её сравнивают с массой тел, значение которой известно. Например, результат измерения можно записать так: m = 0,5 кг.

Взвешивание — способ измерения массы сравнением тела с массой гирь. В ходе такого сравнения определяют, какая масса гирь уравновесит тело. Поэтому результат зависит от того, удалось ли добиться равновесия и правильно ли сложены значения гирь. Этот способ помогает измерить массу, не оценивая её на глаз.

Рычажные весы — прибор, который сравнивает массу тела с массой известных гирь по равновесию рычагов. На его чаши кладут тело и гири, а положение чаш показывает, какая сторона перевешивает. Когда весы уравновешены, массу тела можно определить по гирям. Перед измерением важно убедиться, что пустые чаши тоже находятся в равновесии.

Разновес — набор гирь с известными значениями массы, предназначенный для взвешивания. Гири в наборе имеют разные массы, поэтому из них можно составлять нужную сумму. Например, к крупной гире добавляют меньшие, чтобы точнее уравновесить тело. Зная значение каждой использованной гири, можно вычислить массу тела.

Как это устроено

На рычажных весах массу находят не по шкале, а сравнением с гирями. Шкала показывает деления прибора, но сама по себе не сообщает, какая масса соответствует телу, если для этого нет специальной градуировки. Гири уже имеют известные значения, поэтому сравнение даёт понятный результат: масса тела равна сумме масс гирь при равновесии. Такой способ особенно удобен, когда нужно получить измерение без считывания стрелки по шкале.

Рычажные весы работают благодаря равновесию рычага. Если плечи рычага равны, одинаковое действие на чаши создаёт одинаковое воздействие с обеих сторон. Поэтому, когда чаши уравновешены и тело с гирями находятся на одинаковых плечах, массы на них равны. Если одна чаша опускается, равновесия ещё нет: нужно изменить набор гирь, пока чаши не окажутся на одном уровне.

Сначала проверьте, что пустые весы уравновешены, затем положите тело на одну чашу и начинайте подбирать гири на другой. Гири добавляют от большей к меньшей: крупная гиря быстрее покрывает основную часть массы, а маленькие позволяют точнее приблизиться к равновесию. Если начать с самых маленьких, придётся добавлять их много, и работа затянется. Не придерживайте чаши рукой, иначе весы не смогут свободно показать результат.

Когда чаши уравновешены, сложите массы всех гирь, находящихся на чаше. Например, если равновесие достигнуто гирями 100 г, 20 г и 5 г, масса тела равна 100 г + 20 г + 5 г = 125 г. При необходимости переведите результат в килограммы: 125 г = 0,125 кг. Запишите итог с обозначением массы и единицей измерения.

Проверка нулевого положения нужна потому, что пустые весы могут быть смещены: тогда прибор уже показывает перекос до того, как на чаши положили тело и гири. Такой начальный перекос попадёт в результат и сделает его неточным. Перед работой установите чаши в равновесие с помощью регулировки; если сделать это нельзя, не продолжайте измерение и сообщите учителю. Записывайте результат с точностью, которую позволяют весы и набор гирь: не указывайте лишние цифры, которых измерение не подтверждает.

Основные элементы измерения массы взвешиванием

Используйте таблицу как план отчёта: сначала укажите, что измеряли и каким прибором, затем перечислите гири и единицы. В конце запишите их сумму как массу тела и проверьте, соответствует ли точность результата возможностям весов.

Разбор задач

Задача 1. Порядок измерения массы

Условие: составьте порядок действий для измерения массы небольшого тела на рычажных весах. Нужно описать не только, что положить на чаши, но и как понять, что измерение завершено. Сначала устраняют возможный перекос пустых весов, иначе он повлияет на сравнение. После этого можно подбирать гири.

1. Убедитесь, что весы исправны и пустые чаши находятся в равновесии. Если равновесия нет, воспользуйтесь регулировкой или обратитесь к учителю.
2. Положите тело на одну чашу, а на другую осторожно установите самую большую подходящую гирю. Смотрите, какая чаша опускается, чтобы понять, нужно ли добавить или убрать массу.
3. Продолжайте подбор, переходя к гирям меньшей массы. Остановитесь, когда чаши уравновесятся, и не перемещайте тело во время измерения.
4. Сложите массы всех гирь на чаше и запишите результат с единицей измерения. Убедитесь, что в сумме учтена каждая гиря.

Ответ: сначала проверяют нулевое положение, затем кладут тело и подбирают гири от большей к меньшей. Масса тела равна сумме использованных гирь при равновесии.

Задача 2. Сумма масс гирь

Условие: при равновесии на чаше находятся гири массой 100 г, 20 г, 5 г и 2 г. Требуется определить массу тела и выразить ответ в граммах и килограммах. Поскольку чаши уравновешены, масса тела равна общей массе гирь на противоположной чаше. Поэтому сначала складываем значения, а затем переводим единицы.

1. Сложите массы гирь: 100 г + 20 г + 5 г + 2 г = 127 г.
2. Переведите граммы в килограммы: 1 кг = 1000 г, значит 127 г = 127 ÷ 1000 кг = 0,127 кг.
3. Проверьте, что в сумме учтены все четыре гири и что перевод единиц не изменил значение массы.

Ответ: масса тела равна 127 г, или 0,127 кг.

Задача 3. Весы не стоят на нуле

Условие: пустые весы не уравновешены, но на них собираются измерить массу тела. Нужно выяснить, можно ли сразу проводить взвешивание и как начальный перекос повлияет на результат. Перекос означает, что прибор не находится в равновесном исходном положении. Он может заставить подобрать неверную сумму гирь.

1. До измерения положите на чаши ни тело, ни гири и проверьте их положение. Если одна чаша опущена, нулевое положение нарушено.
2. Установите равновесие регулировкой, предусмотренной конструкцией весов. Если регулировка не помогает, сообщите учителю и попросите исправный прибор.
3. Если погрешность обнаружена только после измерения, нельзя считать полученную сумму надёжной без дополнительной проверки. Её можно учитывать при обработке лишь тогда, когда величина нулевого смещения известна и учитель разрешил такую коррекцию.

Ответ: сначала устраняют нулевой перекос, а затем взвешивают тело. Неучтённое смещение способно увеличить или уменьшить записанную массу.

Типичные ошибки

Кладут тело на чашу или снимают его рукой во время равновесия. Так весы получают дополнительное воздействие, и чаши уже не показывают исходное сравнение; обычно это делают, чтобы придержать предмет или проверить его положение. После того как тело положено, не трогайте чаши и дождитесь установления равновесия. Если предмет нужно поправить, сначала прекратите измерение и сделайте это аккуратно.

Начинают подбор с самых маленьких гирь. Это кажется удобным, потому что маленькую гирю легче подобрать, но для уравновешивания тела их может понадобиться слишком много. Начинайте с большой гири, а к меньшим переходите по мере приближения к равновесию. Проверьте себя: вы используете несколько гирь разных значений, а не набираете массу только множеством самых мелких.

Считывают массу одной гири, а не складывают значения всех гирь на чаше. Ошибка возникает, если ученик принимает первую подходящую гирю за весь результат и забывает о добавленных затем. Перед записью перечислите гири и сложите их массы. Проверка проста: сумма должна включать каждую гирю, которая оставалась на чаше в момент равновесия.

Не проверяют нулевое положение или берут гири руками. Начальный перекос влияет на измерение, а касание может загрязнить гири или привести к их падению; иногда об этих действиях забывают из-за спешки. До работы проверьте пустые чаши, а гири берите пинцетом или держателем, если он предусмотрен. В конце убедитесь, что результат записан с единицей измерения и не содержит точности, которой прибор не обеспечивает.

Связь с другими темами

До работы нужно знать, что такое масса и в каких единицах её выражают. Полезно уметь переводить граммы в килограммы: 1000 г = 1 кг, а также соблюдать правила безопасного обращения с лабораторным оборудованием. Понимание равновесия рычага объясняет, почему уравновешенные чаши позволяют сравнить массы.

В дальнейшем измерение массы понадобится для определения плотности вещества: её находят, сравнивая массу тела с его объёмом. Массу и объём используют и при изучении других физических характеристик тел. Поэтому важно не только получить число, но и записать его с единицами и подходящей точностью.

Что запомнить

• Массу тела при взвешивании находят сравнением с массами гирь.
• Основная единица массы в СИ — килограмм.
• Перед работой весы должны быть исправны и установлены в равновесное положение.
• Тело кладут на одну чашу, гири — на другую.
• Масса тела равна сумме масс гирь при равновесии весов.
• Гири устанавливают осторожно, начиная с большей массы.
• Результат записывают с указанием единицы измерения и точности измерения.