Що собою являють гідростатичні ваги?
В кінці XVI століття їх винайшов Галілей. Схематичне зображення терезів показано на малюнку нижче.
По суті, це звичайні ваги, принцип роботи яких заснований на рівновазі двох важелів однакової довжини. На кінцях кожного важеля є чашечка, де можна розміщувати вантажі відомої маси. Знизу однією з чашечок прикріплено гачок. Він застосовується для підвішування вантажів. У комплекті з вагами також йде скляний стакан або циліндр.
На малюнку літерами A і B відзначені два металевих циліндри однакового обсягу. Один з них (A) є порожнистим, інший (B) – суцільним. Ці циліндри використовують для демонстрації закону Архімеда.
Описані ваги використовують для визначення щільності невідомих твердих тіл і рідин.
Метод гідростатичного зважування
Принцип роботи ваг гранично простий. Опишемо його.
Припустимо, що нам необхідно визначити щільність деякого невідомого твердого тіла, що має довільну форму. Для цього тіло до гачка підвішують лівій чаші ваг і вимірюють його масу. Потім у склянку наливають воду і, поміщаючи стакан під підвішеним вантажем, занурюють його у воду. На тіло починає діяти архімедового сила, спрямована вгору. Вона призводить до порушення встановленого раніше рівноваги ваг. Для відновлення цієї рівноваги необхідно зняти деяку кількість гир з другої чаші.
Знаючи масу вимірюваного тіла в повітрі і в воді, а також знаючи щільність останньої, можна обчислити густину тіла.
Гідростатичне зважування дозволяє також визначити щільність невідомої рідини. Для цього необхідно довільний вантаж, причеплений до гачка, зважити у невідомої рідини, а потім в рідини, щільність якої точно визначена. Виміряних даних достатньо, щоб визначити щільність невідомої рідини. Запишемо відповідну формулу:
ρl2 = ρl1 * m2 / m1
Тут ρl1 – щільність відомої рідини, m1 – виміряна маса тіла в ній, m2 – маса тіла у невідомої рідини, щільність якої (ρl2) необхідно визначити.
