Μέτρηση της ατμοσφαιρικής πίεσης με ζυγό και σύριγγα.

Ένας πειραματιστής τοποθετεί μια σύριγγα με διαθερμικά τοιχώματα κατακόρυφα πάνω σε ψηφιακό ζυγό όπως φαίνεται στη διπλανή εικόνα και μηδενίζει την ένδειξη του ζυγού στη θέση αυτή. Στη συνέχεια με τον αντίχειρά του κλείνει την οπή στο πάνω μέρος της σύριγγας έχοντας εγκλωβίσει αέρα με όγκο 20ml όπως μετριέται από την κλίμακα που φέρει ο ογκομετρικός κύλινδρος, δύο γραμμές τις οποίας απέχουν 3mm και αντιστοιχούν σε όγκο 1ml. Μετά αρχίζει να σπρώχνει προσεκτικά από τις λαβές το σώμα της σύριγγας προς τα κάτω ασκώντας δύναμη F  με τιμές οι οποίες αυξάνουν ξεκινώντας από την τιμή 0 ώστε το έμβολο να ανέρχεται αργά και να συμπιέζει το αέριο και παίρνοντας για μετρήσεις της ένδειξης του ζυγού σε gf και του όγκου του εγκλωβισμένου αέρα σε ml. Το 1 gf είναι μονάδα δύναμης και είναι 1kgf=9,81 N.

Οι μετρήσεις αυτές  φαίνονται στον παρακάτω πίνακα:

Α) Μπορούμε να υποθέσουμε ότι η θερμοκρασία είναι η ίδια σε κάθε μέτρηση και ίση με τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος; Εξηγείστε γιατί.

Β) Εξηγείστε γιατί οι τιμές της ασκούμενης δύναμης από τη ζυγαριά στο έμβολο της σύριγγας είναι οι ενδείξεις του ζυγού σε gf.

Γ) Συμπληρώστε τις αβεβαιότητες των μετρήσεων στα δεδομένα του πίνακα καθώς και την τρίτη στήλη του πίνακα με τη δύναμη εκπεφρασμένη σε Ν  με τις αβεβαιότητες της.

Δ) Πόσο είναι το εμβαδόν Α του εμβόλου της σύριγγας;

(προσοχή το έμβολο είναι στο εσωτερικό του στελέχους της σύριγγας και όχι η βάση του εμβόλου η οποία ακουμπά στη ζυγαριά)

Ε) Γράψτε τη συνθήκη ισορροπίας του εμβόλου σε μια θέση όπου ο όγκος του εγκλωβισμένου αερίου είναι V η ένδειξη του ζυγού F . Η ατμοσφαιρική πίεση είναι P₀ και το εμβαδόν του εμβόλου Α.

ΣΤ) Συμπληρώνοντας την τέταρτη στήλη του πίνακα με το κατάλληλο φυσικό μέγεθος να κάνετε το κατάλληλο γράφημα από το οποίο χαράσσοντας τη βέλτιστη ευθεία να υπολογίσετε την ατμοσφαιρική πίεση P₀.

Οι μετρήσεις είναι πραγματικές και έγιναν πρόχειρα. Το κυρίως πρόβλημα το οποίο δημιουργεί τυχαία σφάλματα είναι η διακύμανση των ενδείξεων της ζυγαριάς. Το πρόβλημα αυτό ανήκει στην κατηγορία των προβλημάτων με εργαστηριακή υφή.

Απάντηση