4. Измерительные инструменты

4.1. Некоторые сведения об измерительных приборах

В учебных лабораториях по физике используются в основном приборы двух типов: сравнивающие и показывающие.

Сравнивающие приборы, как следует из самого названия, служат для сравнения измеряемой величины с мерами или образцами однотипной ве­ли­чины, принятой за единицу измерения. Так, например, аналитические ве­сы служат для сравнения измеряемой массы с массой гирь.

Показывающие приборы дают возможность непосредственно отсчитывать измеряемую величину. Чтобы получить показания прибора, необходимо сделать отсчет (по шкале или специальному устройству) и умножить его на цену деления этого прибора.

Ценой деления называется то численное значение измеряемой физической величины, которое соответствует одному делению шкалы прибора.

Всякий измерительный прибор характеризуется двумя качествами: чувствительностью и точностью.

Чувствительностью прибора называется отношение перемещения ука­зателя прибора к значению измеряемой величины, вызвавшей это перемещение. Так, например, если при измерении величины N, которая изменяется на N, указатель прибора сместился на x, то чувствительность S выразится соотношением

(4.1)

Чувствительность прибора будет тем больше, чем меньше цена деления шкалы. Под точностью прибора понимают степень достоверности результата измерений. Точность прибора характеризуется погрешностью, которая допускается при измерении.

4.2. Штангенциркуль

Ш тангенциркуль (рис. 4.1) состоит из штанги 1, на которую нанесена шкала с миллиметровыми делениями. По штанге 1 скользит рамка 2 с зажимным винтом. На рамку нанесена специальная шкала 3, называемая нониусом. Штанга и рамка снабжены ножками 4, которые служат для измерения наружных и внутренних размеров тел.

Штангенциркуль позволяет измерять линейные размеры с точностью до 0,1–0,02 мм. Такая точность измерений достигается благодаря нониусу.

Нониус – это короткая линейка, которая скользит вдоль основной шкалы (масштаба). Цена деления нониуса не равна цене деления масштаба, а выбирается таким образом, чтобы разность между длиной некоторого целого числа делений масштаба и длиной одного деления нониуса равнялась 0,1, 0,05 или 0,02 мм. Точность отсчетов с помощью нониуса равна этой разности. Точность штангенциркуля равна точности отсчетов по нониусу и обычно указывается на рамке.

Если ножки штангенциркуля плотно сдвинуты, то нулевое деление нониуса совпадает с нулевым делением масштаба, а последнее деление нониуса – с некоторым делением масштаба. Остальные деления нониуса сдвинуты относительно ближайших к ним справа делений масштаба на m мм, где m – номер деления нониуса, а  – его точность. Например, при точности нониуса  = 0,05 мм, шестое деление нониуса (m = 6) сдвинуто относительно ближайшего справа деления масштаба на l = m = 60,05 = 0,3 мм. Пусть мы измеряем штангенциркулем, имеющим такую точность, толщину бруска. Нулевое деление нониуса оказалось сдвинуто относительно нулевого деления масштаба на 5 целых мм и некоторую величину l мень­ше 1 мм. Если с каким-либо делением масштаба совпало шестое деление нониуса, то, как сказано выше, l = 0,3 мм и толщина бруска – 5,3 мм. Если совпало, например, седьмое деление нониуса, то l = m = 70,05 = 0,35 мм и толщина бруска равна 5,35 мм. Наименьшая величина, которую можно с достоверностью измерить этим штангенциркулем, равна 0,05 мм, т. е. его точности.

Для измерения наружных размеров предмет помещают между ножками штангенциркуля, следя за тем, чтобы не было перекосов, и, закрепив рамку винтом, производят отсчет по масштабу и нониусу. При измерении внутренних диаметров ножки вводят в отверстие или паз, раздвигают до касания с краями отверстия и отсчитывают длину, прибавляя к показаниям штангенциркуля общую ширину ножек, которая всегда написана на них.