В задаче требуется оценка погрешностей! 

Внимание!

Не подавайте на помпу напряжение более 12 В и включайте ее, только погрузив в воду!

Теоретическая справка

В науке и технике одним из приборов, позволяющих определить скорость потока жидкости или газа, является трубка Пито. Этот прибор состоит из двух трубок, одна из которых располагается открытым концом навстречу потоку, а вторая – так, что вектор скорости движения среды параллелен плоскости открытого конца. Движущаяся среда создает в этих трубках отличающиеся друг от друга давления. По величине разности этих давлений можно определить скорость движения среды относительно трубок.

В предложенной вам работе рассматривается модель трубки Пито (в дальнейшем просто «трубка Пито») для измерения скорости движения воды (см. рисунок 1) – игла, конец которой срезан под острым углом к ее оси, с присоединенной к ней трубкой. Если поместить кончик иглы в поток воды, то уровень воды в трубке Пито будет зависеть от ориентации иглы относительно потока (для удобства регистрации уровня воды к трубке приклеена линейка). Если вода течет параллельно плоскости среза иглы, в трубке устанавливается некоторый уровень $h_{1}$, если же ее развернуть отверстием перпендикулярно набегающему потоку, он будет дополнительно нагнетать воду в трубку Пито, вследствие чего уровень жидкости $h_2$ в этом случае будет выше.

A1 Наденьте гайки на трубку и распределите их по ней. Заранее зафиксировав гайки и измерив расстояние между ними, их можно использовать в качестве меток для измерения координаты $x$ в следующих упражнениях. Расположите трубку на дне ведра, наполненного водой примерно на треть. Следите за тем, чтобы все части трубки находились на одинаковом уровне (для этого согните трубку в виде спирали).

K одному из концов трубки присоедините помпу, предварительно проверив, что ее заслонка полностью открыта. Подключите помпу к источнику питания и установите напряжение $9~В$. Вставьте иглу в силиконовую трубку на расстоянии $15~см$ от выходного отверстия помпы. Убедитесь, что уровень нагнетаемой в трубку Пито воды зависит от ориентации иглы относительно набегающего потока. Протыкая трубку иголкой в разных местах, снимите зависимости величин $h_1$ и $h_2$ (высот уровней жидкости в трубке Пито при двух ориентациях иглы) от расстояния до выходного отверстия помпы $x$ для $x \geq 15~см$.

A S

A2 Оцените погрешность измерения высот $h_1$ и $h_2$, проведя для нескольких расстояний $x$ повторные измерения.

A3 Постройте на одном листе миллиметровой бумаги графики снятых зависимостей $h_1(x)$ и $h_2(x)$. Какими функциями их можно описать? Можно ли считать величину $\Delta h=h_2-h_1$ не зависящей от координаты $x$ с учетом точности проведения эксперимента?

A S

A4 Установите иголку на расстоянии $15~см$ от выходного отверстия помпы. Измерьте зависимость величины $\Delta h$ от силы тока $I$, текущего через помпу.

A S

A5 Измерьте зависимость объемного расхода воды $Q$ от силы тока $I$, текущего через помпу, при тех же значениях силы тока, при которых вы проводили измерения в предыдущем упражнении. Во время измерений старайтесь держать открытый конец трубки на высоте выходного отверстия помпы.

S

A6 Измерьте площадь внутреннего сечения силиконовой трубки.

A S

A7 Объединяя результаты упражнений A3–A5, постройте график зависимости разности высот $\Delta h$ от величины $v^2$, где $v$ – средняя скорость воды в силиконовой трубке. Рассчитайте угловой коэффициент полученного графика.

A S

Примечания

1. Плотность воды $\rho=1~г/см^3$ считайте известной точно.
2. Игла снабжена ограничителем, фиксирующим глубину ее погружения в трубку. Не снимайте его.

Оборудование

1. Лабораторный источник питания
2. Помпа
3. Мерная лента
4. Гайки
5. Силиконовая трубка
6. Ведро
7. Модель трубки Пито
8. Стакан
9. Весы
10. Секундомер