У сучасній науці і техніці використовується багато різноманітних приладів для вимірювання довжин з великим ступенем точності. Деякі з них є в нашому фізичному практикумі. У ряді робіт необхідна точність вимірювань довжин порівняно невелика. У цих випадках користуються простішими приладами: масштабної лінійкою, штангенциркулем, мікрометром. Нижче даються описи цих приладів і порядок роботи з ними.
Одиницею довжини в Міжнародній системі одиниць, прийнятої вУкаіни, є метр. Визначення метра дано в державному стандарті (Міжнародна система одиниць ГОСТ9867-61): «Метр - довжина, рівна 1650763,73 довжин хвиль у вакуумі випромінювання, відповідного переходу між рівнями
Масштабна лінійка. У повсякденній практиці для вимірювання довжини користуються сталевими масштабними лінійками, розділеними на сантиметри і міліметри. Перші кілька сантиметрів часто мають полумілліметрового ділення.
Глазомерная помилка при відліку по лінійці становить кілька десятих часток міліметра. З цієї причини за допомогою лінійки можна робити виміри з точністю
Штангенциркуль складається з міцної не гнеться масштабної лінійки М, розділеної на сантиметри і міліметри (рис. 3). На початку лінійки укріплені нерухомі губки А і А '. За лінійці переміщується движок Д, що становить одне ціле з губками Е і Е '. Ці губки паралельні губкам А і А 'і можуть підходити до них впритул. Движок можна закріплювати в потрібному положенні гвинтом В.
У вирізі движка є скіс С, край якого припадає проти поділів масштабної лінійки. На ньому нанесені поділки трохи меншого масштабу, ніж ділення основної шкали. Це доповнення до масштабної лінійці дозволяє підвищити точність вимірювань і є лінійним ноніусом.
Лінійним ноніусом називається невелика додаткова лінійка, змінна уздовж основної масштабної лінійки. Шкала ноніуса будується так, щоб
Різниця між ціною поділки основної шкали і ціною поділки ноніуса називається точністю ноніуса.
Як випливає з виразу для
Покладемо для визначеності
мм. Якщо поєднати нульову поділку шкали такого ноніуса з нульовим діленням основної шкали, то 10-ті розподіл ноніуса виявиться поєднаним з 9-м поділом масштабної лінійки. При цьому 1-е поділ ноніуса не дійде до 1-го поділу лінійки на 0,1 мм, 2-е поділ ноніуса не дійде до 2-го поділу на 0,2 мм і т.д. (Рис. 4, а). Зсунувши ноніус так, щоб 1-е поділ співпало з 1-м поділом лінійки, ми створимо між нульовими поділами обох шкал відстань 0,1 мм; поєднавши один з одним другі ділення обох шкал, збільшимо відстань між нульовими поділами до 0,2 мм. Взагалі, поєднавши
при суміщенні
Шкали штангенциркуля наносяться таким чином, що при зрушених губах нуль шкали ноніуса і нуль основної шкали збігаються. При вимірі шкали штангенциркулем предмет поміщають між губками, які зрушують до зіткнення з предметом і закріплюють їх в такому положенні затискним гвинтом В; потім починається відлік довжини за допомогою ноніуса. Губки А'Е 'служать для вимірювання внутрішніх розмірів предметів.
Мікрометр являє собою масивну сталеву скобу (рис. 5), на кінцях знаходяться один проти одного нерухомий упор А і мікрометричний гвинт В. Гвинт обертається у втулці, уздовж якої зовні нанесена шкала з розподілами через 0,5 мм. Крок гвинта зазвичай буває дорівнює 0,5 мм. На гвинт насаджений барабан С, край якого при обертанні гвинта переміщається щодо шкали, нанесеної на втулці. По краю барабана нанесена шкала, підрозділяються окружність барабана на 50 рівних поділок. На кінці гвинта є пристосування Тр для обертання, зване трещеткой. Обертання передається від тріскачки до гвинта за допомогою тертя, внаслідок чого при досягненні певної сили натиску гвинта на упор або на вимірюваний предмет подальше обертання гвинта припиняється.
Якщо гвинт і упор привести в зіткнення з допомогою тріскачки, край барабана доведеться проти нульового розподілу шкали, нанесеної на втулці, а нульове ділення шкали барабана збігається з поздовжньою рисою, нанесеної на втулці. Якщо потім повернути гвинт на один оборот, то між гвинтом і упором утворюється просвіт в 0,5 мм. При цьому нульовий розподіл шкали барабана знову збігається з межею на втулці, край же барабана виявиться проти першого полумілліметрового ділення шкали, нанесеної на втулці. Якби гвинт був повернений нема на повний оборот, а лише на одну поділку барабана (тобто на 1/50 частину обороту), то просвіт між гвинтом і упором склав би всього 0,01 мм.
При роботі з мікрометром вимірюваний предмет затискається за допомогою тріскачки між упором і гвинтом, після чого за шкалою втулки відраховується ціле або напівціле число міліметрів; до цього відліку має бути додано число сотих часток міліметра, відраховані за шкалою барабана. Зі сказаного випливає, що точність відліку по мікрометра складає 0,01 мм.
На рис. 6 зображено для прикладу положення барабана, відповідне довжині 3,67 мм. Як видно з малюнка, для зручності відліку міліметрові і лежать між ними полумілліметрового ділення шкали втулки нанесені по різні боки риси, по якій робиться відлік за шкалою барабана.
Перш ніж приступати до вимірів за допомогою мікрометра, потрібно переконатися в тому, що при доведенні гвинта до упору за допомогою тріскачки виходить по обох шкалах нульовий відлік.
Необхідно мати на увазі, що правильний результат можна отримати лише в тому випадку, якщо вимірюваний предмет затискається за допомогою тріскачки.