Tài liệu giảng dạy thí nghiệm cơ nhiệt

TRƯỜNG ĐẠI HỌC AN GIANG
KHOA SƯ PHẠM

TÀI LIỆU GIẢNG DẠY

THÍ NGHIỆM CƠ - NHIỆT

ThS. NGUYỄN HỒNG HẢI

AN GIANG, THÁNG 10 NĂM 2014


–
Ph
H

Q
Kh

– Th
Đ

h

Kh

N
S

h

H

H

03 t

T

ThS NGUYỄN HỒNG HẢI
T

Kh

S

h

TR N TH

T

V

ThS NGUYỄN VĂN MỆN

H

PGS,TS V

VĂN TH NG

AN GIANG, THÁNG 10 NĂM 2014

10


I

I
ề

ế

–

ế

ể
T

ế
–

S

Vậ
T
ế

T

VT

ể
T T

T

.
T

S

Vậ
T

:
–

–
:

ế

ế

Y

T

ế
:

–

T
Vậ

ậ

S

;

T
:

ậ
–

Vậ
T T

T

S
T

viên.
ắ

T

ậ

ẫ

ế
ể

ể

y 03 t

10

y

H

Hồ

ế

2014


I
T
àng.

An

y 03 t

10

y

H

Hồ

2014


I

I

I
.................................................................................................................... i
H

H

G ................................................................................................ iii

H

HH

H .................................................................................................. v

H
H

I

Ắ .................................................................................... ix

G 1: GI I HI

H

VẬT

G ....................................................................... 1

V

V ...................................................... 1
VẬT

S

S

X
H

....................................................... 1

................................................................................ 4
S

UV

G 2:

T

I H

GHI

T
- HI

:
T

TRỌ

S T

BÀI 3:

................................ 18

TR Ờ

UẬT

..... 8

.......................................... 18

VẬT

BÀI 2: X

T V

........................................... 23

....................................................... 32

BÀI 4:
S T
UYỂ
Ọ TRÊ
Ơ
KHÍ ..................................................................................................................... 37
:

S T

U

LER ..................................................... 48

BÀI 6: X

T U

RÊ

BÀI 7: X

T U

RÊ

S T
Í ÍT Ở

BÀI 8:
T

T

..................... 57
......................... 61

UẬT
TRÌ
TR
....................................................................................... 67

BÀI 9: X

S
Ã
Ở VÌ
T
T RẮ V
T
................................................................................................................. 86
BÀI 10: X
I I
H

H

H

R

....................................... 93

..................................................................................... 100

T

V QU

TẾ S .................................................. 101

2:
U
QU

V
S ........................................................................................................... 104
3:

YÊU

4: TÌ
TRÊ

Y

............................................................................................................... 101
1:

T

T

ỂU
Ề

U
TS
YW

T Í
U
SUR

.................... 108

V T
T
Ỹ T UẬT
....................................................... 109

i


5: T
6:

T
R

U Ế ..................................... 113

RV

TÍ

T ........................... 123

7:
Y
S
ẾT
QUANG................................................................................................................ 130
8: T

ẾT

9:

Y Ế

10: T

COBRA3 BASIC-UNIT ................................................... 135
Ă

ẾT

U

R

11: MODU

V RS

V
T

U T R ....................... 141
UẾ

T

............................ 158

.................................................. 160

12: T ẾT
Ế
T
R
T
Ẫ 20...110°C ............................................................................................................. 162
13:

Ụ

Ụ

Ụ T

ẾT

T Í

...................... 164

ii


H
Bảng 2.1:

ẫ

ế

Bảng 2.2:

ẫ

ế

H

G

ể
ể
................................................................................... 19
ể

ẫ

..... 20

Bảng 2.3: ẫ
ế
ế ..................................................................................................................................... 21
Bảng 2.4:

ẫ

ế

ẫ
........................................................................................... 21

Bảng 2.5:

ẫ

ế

ẫ
..................................................................................... 22

Bảng 2.6:

ẫ

ế

........................................... 27

Bảng 2.7:

ẫ

ế

Bảng 2.8:

ẫ

ế

ể

ậ

........................ 34

Bảng 2.9:

ẫ

ế

ể

ậ

........................ 35

ề

ắ

ậ

................................... 30

Bảng 2.10:

ẫ

ế

Bảng 2.11:

ẫ

ế

ề ............................................... 44

Bảng 2.12:

ẫ

ế

........................................... 46

........................................................... 42

Bảng 2.13: ẫ
ế
ậ
ể
.................................................................................................................... 52
Bảng 2.14:

ẫ
ế
ậ
ể
.................................................................................................................... 55

Bảng 2.15:

ẫ

P0 = (C1M + C3mt) và C2 ..................... 59

Bảng 2.16:

ẫ

............................. 60

Bảng 2.17:

ở

............................ 87

Bảng 2.18:

ở

ắ .............................. 87

Bảng 2.19:

ẫ

ế

ở

ắ

... 91

Bảng 2.20: ẫ
ế
ở
ắ
.................................................................................................................................. 91
Bảng 2.21:

ẫ

ế
ế

Bảng 2.22:

ẫ

ế

:
................................... 95
.............................. 98

Bảng 0.1: C
ẫ
ĩ
ừ
................................................................................................................................. 101
iii


Bảng 0.2: C
Bảng 0.3:
Bảng 0.4:

.......................................... 102
ể

ừ

............................................... 122
........................................................ 128

iv


H
nh 1.1:
nh 1.2:

ề
T

HH

H

...................................................................................... 2
ế

;

T ế

............................ 3

ể

Hình 1.3:

ề ........................................................ 15

Hình 1.4: S

V
ắ

Hình 2.1:

.................................... 16

...................................................................................... 23

Hình 2.2: ắ

.......................................... 25

Hình 2.3: S

........................... 26

Hình 2.4: ắ

ắ

Hình 2.5: S

................................. 28
ắ

Hình 2.6: ắ

ể

Hình 2.7: S

ậ

ắ

ể

Hình 2.8: S

........................................ 33
ề .......................................... 39

ế

........................................ 39

Hình 2.9: S

ể
ậ

Hình 2.10:

................... 29

......... 40

............................................................................... 41

Hình 2.11: T

ề :

ể

.......................... 43

Hình 2.12: T

ề :

ể

............................. 43

Hình 2.13: T

........................................................................ 45

Hình 2.14: T

.............................................. 50

Hình 2.15: S

ế

Hình 2.16:

– Cobra 3 - Microphone ................... 51
................................................................................. 52

ậ

Hình 2.17:

......................... 53

Hình 2.18: T

ể ................................................... 55

nh 2.19:

θ

nh 2.20: S

ắ

Hình 2.21: S
ế
Hình 2.22:

..................................................................................... 57
.............. 58

ắ
........................................................................................................ 63
ề

ề
w
.................................................................................................. 64

Hình 2.23:

ẩ

ế

Hình 2.24:

– measuring.......................................................... 65

................. 64

v


Hình 2.25: Q

ế
................................................................................. 65

Hình 2.26:

V

................................................................... 68

Hình 2.27:

V

T ................................................................... 69
T.................................................................... 69

Hình 2.28:
Hình 2.29:

ở

ề

w

w ............................... 70

ể ẽ

Hình 2.30:

............................................................ 70

Hình 2.31:

ề

V T ể

Hình 2.32:

ề

S

Hình 2.33:

ề

............... 71
S

................ 72
......... 72

Hình 2.34:

................................................ 73

Hình 2.35:

......................................................... 73
ẩ

Hình 2.36:
Hình 2.37:

ề

Hình 2.38:

ề

........... 74
V T ể

................... 74
– Cobra3 Ideal gas law ............ 75

ẩ

Hình 2.39:

............... 76

Hình 2.40: ề
V T
ể
tích ................................................................................................................................... 76
ẩ

Hình 2.41:
Hình 2.42: S

............. 77

ắ

ậ
ể

Hình 2.43:

9
ể

Hình 2.44:
Hình 2.45: S

ắ

Hình 2.50:

T
ậ

T

.......... 80

– Lussac ....................... 81

V ................................................................... 82

ắ

ậ

................................. 83

T.................................................................... 84

Hình 2.48:

Hình 2.49:

T
T=
.................................................... 80
V

Hình 2.46:
Hình 2.47: S

V
=

– Mariotte .................. 79

ể
ề

V

T

.................. 86

T ................................................... 88

Hình 2.51: S
ề
ề
0

=15K ..................................................................................................................... 88

vi


Hình 2.52: S
ắ
ở
ắ
.......................................................................................................................... 90
Hình 2.52:

......................................................................... 93

Hình 2.53: ắ

.................................... 96

Hình 2.54:
nh 0.1:

.......................................................... 97
ẫ

......................................................................... 105

Hình 0.2:

ở

ề

w

................ 109

Hình 0.3:

ở

ề

w

................. 110

S

......... 110

Hình 0.4:

ở

ề

ề

Hình 0.5:
Hình 0.6:

w

........................ 111

............................................................................. 112

nh 0.7: T

...................................................................................... 113

nh 0.8: T

........................................................................................ 114

nh 0.9: T

......................................................................................... 114

nh 0.10:

..................................................................... 114

Hình 0.11:

.......................................................... 115

Hình 0.12:

............................................. 116

nh 0.13:

......................................................................................... 117

nh 0.14:

...................................................................................... 117

nh 0.15:

..................................................................................... 117

nh 0.16:

.............................................................................. 118

nh 0.17:

...................................................................... 118

nh 0.18: T
Hình 0.19:

..................................................... 119
ế ........................................................................................................ 121

nh 0.20:

R

nh 0.21:

R

ắ

............................................................ 125
ắ

................................................. 125

nh 0.22:

................................................... 126

nh 0.23:

................................................. 127

nh 0.24:
nh 0.25: S
nh 0.26:

ể
ề

....................................................................................... 128
........................................................................ 129
................................................................... 130

vii


nh 0.27:

......................................................................... 131

nh 0.28:

ế

nh 0.29:

..................... 131

........................................................................................ 132

nh 0.30:
ế

....................................................................................................... 133
nh 0.31: Cobra3 BASIC-UNIT, USB....................................................................... 135
nh 0.32:

ế

....................................................................................... 141

nh 0.33:

ế

...................................................... 142

Hình 0.34:

ế

Hình 0.35:

............................................................................... 160
ế

Hình 0.36:
Hình 0.37:

ế

ế

.......................... 158

...................................................................................... 162
ở ế

......................................................... 164

viii

H
A/D
CE
D/A

I

Ắ

Analog to Digital
European Conformity
Digital to Analog
ể

DA PT GV THPT&TCCN

T

T

EC

European Commission

EU

European Union

IEC

International Electrotechnical Commission

ISO

International Organization for Standardization

LCD

Liquid-Crystal Display

LED

Light-Emiting Diode

NSX
TN

T

TNVL

T

Vậ

T

Vậ

T V
TTL

Transistor Transist Logic

VAC

Voltage in Alternating Current

VDC

Voltage Direct Current

V

Vậ

VTCB

V

ix


H
I

1.1.

G 1: GI I HI

G Ậ

H

Vậ
ể

ể

ể

ể
ậ

Vậ
:

CHUNG

ể

ĩ

ề

…
ể

ĩ

ể

ẫ

ề .
: ậ

…
ậ

2

-

t

-

t

:
Vậ

xu t

Vậ

ẫ
T

ừ

ề

ẫ
ậ
ẫ

ề
ừ

ẫ
Vậ

ể

ẫ
ẫ

: T

S

:

;
12

H

121

I
ị

G Ậ

ĩ

S

ề
Vậ
ể
:
1:
T

ề
S

ề

ế
ậ

ề

ẫ

:

1


nh 1.1:

ề
ậ

2:

ẫ

ậ

…
ể
ế

X

X

XO

Vậ

ể

ĩ

ế

X

:

(1.1)

:

Từ

(1.2)
ẫ

ế

Từ
ở
V

cho phép so sánh các giá

ế ể

ế

ể
: ể
ế

ế
S

ở

ắ

ế
ề

ề
ỹ

ẫ

đo

ờ

ể
ọ .

ậ
t u t đo

ể

ờ .
ế

ề
122
ể
ể

ể

ề

:
1.2.2.1. Đo trực tiếp:

ế

ậ

ế

ừ

ế

2


V

:
T

ế
ế

ề

Vậ
t ếp

ế
ế

ế
ề

ắ

ẵ

p ép đo trự

Vậ

ể

ế
:

đ
đo trự t ếp T
ể
ĩ : đại lượng đo trực tiếp là đại lượng cần đo được so sánh trực tiếp
với đại lượng cùng loại được chọn làm đơn vị.
1.2.2.2. Đo gián tiếp:
ề
:

ể

ế

ừ

ế

ế

ở

ể

ậ

ề

R= U

ở

T

ế
ế

ở

ắ

ế
T

ẵ

ể

ể
ế

Vậ
ậ

:

p ép đo

t ếp.

ể

=

, thông qua

ế
V y đại lượng đo gián tiếp là đại lượng cần đo được xác định thông qua
các định lu t v t lý diễn tả các mối quan hệ giữa các đại lượng được đo trực
tiếp có liên quan.
Vậ

ế

ế

ể

(a)
nh 1.2:

T

ế

(b)
;

T ế

3

: T

ng t c kế thì t
nh t

c tiếp.

trên thơng qua cơng th c

;

,

ể

ế
ế

1.2.2.3. Đo hợp bộ: là
ế
ề

ế
ế

ậ
ế

:

ở

ẫ

ể

ừ

ính là các

:

rt = r20 [1 + (t1 – 20) + (t1 – 20)2]
ở

T
ể

s

(1.3)

ế
ể
20, rt1, rt2 S

,

ở

:
–
–

{
Gi

–
–

(1.4)

c , .

1.2.2.4. Đo thống kê:

ể

ề
T

ề
ẫ

ể
13

I Ố

H
ề

ề

ẩ
ề

:

ẩ
ậ

ậ

ế

V y sai số c a ph p đo là độ lệch giữa giá trị đo được với giá trị thực c a
đại lượng cần đo.
ế
trị

Tuy nhiên,
V ế
̅
t ự X

T
ề ế

X
T

ở

ế

– là

ĩ

4


131

ể

ố

1.3.1.1. Sai số tuyệt đối
̅
X

X
̅|

|

(1.5)

1.3.1.2. Sai số tương đối hay sai số t đối
:
(

̅

)

S
Độ chính xác ε
module

ĩ

(

̅

)

-5

S
132

ồ

5

y

.

ố

1.3.2.1. Sai số phương pháp
ể

ế

ế

S
ế
…
1.3.2.2. Sai số thiết bị
ế

ế

1.3.2.3. Sai số ch quan
ỹ
ỹ
:

ắ

ể

ế
ậ

ắ

ẩ

…
ậ

ẩ

ậ
ắ

1.3.2.4. Sai số bên ngoài hay sai số khách quan
ở
ề
:

ế

ẩ

…

ề

ẩ

5


133

y

ậ x

1.3.3.1. Sai số hệ thống
đổ
ó quy u t
ể

ố
khơng
ậ

h

ề

Q
ậ

S

ắ
ể

…

ế

S

ể
ế

ế

ở

ừ

V

ế

ể
ừ

V

ế
ừ

V

ẽ

ừ

ể ế

ể

:
;

; ế

ẩ

ế;
;

ề

;

ế;
;

ể
ệu

ỉ

ệ số

ệu

ỉ

.

ế
ế
Trong thực tế khơng th loại hồn tồn sai số hệ thống. ù là thiết bị có
hiện đại đến đ u th đ u không th đo đạt kết quả với độ chính xác 100 . o
đó trong q tr nh gia công và x lý kết quả phải cộng vào sai số t ng hợp
một lượng sai số hệ thống.
th là m i d ng c thiết bị đo thư ng ghi sai
số hệ thống ho c là ghi c p chính xác. Nếu khơng có th sai số hệ thống
được chọn bằng ½ hay bằng 1 lần giá trị c a độ chia nhỏ nh t.
:
;
ế

ế

ể

ể
ế
6

-Ở

ế
ế

ẽ

1.3.3.2. Sai số ngẫu nhiên
ậ

ắ

%

n

ẫ

ắ
ế

ề
ề

ế
:

ẽ
ẫ

ể

ẫ

ể
ắ
ở

ế
S

ẫ

ề

ế ể

ế

ế

ẫ

s
ề
ở

ế
Còn các s

ể

số qu

ế

số t ô

ế

ớ

ế
ế

Trong thí nghiệm V t lý đại cương sai số c a ph p đo g m hai thành phần
n là sai số ngẫu nhiên – sai số thay đ i một cách ngẫu nhiên khi đo nhi u lần
cùng một giá trị đại lượng đo và sai số hệ thống
h là thành phần sai số không
đ i hay thay đ i có quy lu t khi đo nhi u lần.
s

Tro qu trì
số p ép đo đ

đo
s số ệ t ố
ểu ệ
ớ
tổ

T

ô t ể o
ỏđ
o to
đ
ết qu s ệ
t
t so vớ
quy tắ s u tro qu trì đo:
Một là ầ ớ
ọ
đo;
ai là ự
t) p ù p
V
-

ầ đú

ọ

v
ủ

u
t

ê xu t ệ đồ

p ầ đó:

s số ỉ ó t ể
trị t ự ủ đ

ế s số. ể
đo ầ
ú

trị ầ đo ( ếu ó t ể đ

đo ( p ủ

t ờ v

ớ

) tr ớ

đo độ

ỏ

:
ế
ề
7


ế

:

ế

ể
ở ề

ế
-

ế
ể
ẽ

ề

ở

vô

ĩ
Ba là t ế
đo đ
u
ê )v t ự
ệ
(o
ỏ
trị đo

x
Bốn là tránh ắ
ỉ ô
ú tớ t
14

đo
ô to
trị đo

u ầ (t
t 3 ầ để
ọ
số ệu
đ
tro
ầ đo)

ữ s số o uyê
đo ủ
đo.

Ố I

â

H

ể

ủ qu

ế
ắ
ẽ

ầ số

I

T V
ế

đọ

HI

T V

ề:

ế s số
s u
đo

ậ

ề
ế
…

141
1.4.1.1. B c c a một số
ế

α

=

ẩ
≤ <
α

ậ

:A = 16790 = 1,6790.104; = 679 ; α =
A = 0,0125 = 1,25.10-2; =

; α = -2.

1.4.1.2. hữ số tin c y và chữ số khơng tin c y
ậ

ậ
ậ

S

ậ
ậ

ậ

ĩ

ừ

ể

ừ
:
ĩ

ĩ S
ề

ế

6

ĩ

ế

1.4.1.3. Qui tắc làm trịn
a. u tắ

tr

số

os

số

+S

8


+S

%
ắ

+S
hai

%
ắ

: ∆ =

7

∆ =
b.

u tắ

→
→

tr

số

o

8,

8 - 0,0734)/0,0734 < 25%.
,

- 0,0311)/0,0311 > 25%.

ột số:

ế

ắ

ĩ

ắ :

+

ế

+

ế

+ ế
ẵ
ĩ

:
=

→

=

6→

=

→

=

→

1.4.1.4. ách viết kết quả cuối cùng
Kết qu cu i cùng c a m
sai s :
̅
ế

m hai ph n tr trung bình và

ế

ĩ

ậ

ẩ

ể

ĩ
1:

ĩ
a). ̅
=>

(s)

b). ̅
=>
2:

(s)
ĩ

a). ̅

9


=> d

(m)

b). ̅
=>

(m)

142
ề
=

…
ế

1,

x2 …

i

…

n

ể

ế

:

- Bước 1: Tính trung b nh số học c a ph p đo trực tiếp
̅

∑

:
xi:
- Bước 2: Tính sai số ngẫu nhiên
ế

>
ẫ

:
∑
√
̅

Hay:
∑|

ế

̅|

ẫ
:
+T

≤

≤

:
̅|

∑|
+T

< :
|

̅|

- Bước 3: Tính sai số tuyệt đối sai số t ng hợp :

xh:
xn:

ẫ

10

:

ể
ẫ
∆dh =

∆

n

=

T
∆ =

ẽ

+

=

0,07 mm.
- Bước 4: Tính sai số t đối
̅
S

δx

- Bước 5: Viết kết quả cuối cùng
̅

V

ế

ắ

S
V
S

:

ế
ế

ắ
ĩ

ế

ề

ĩ
143
S

ế
ế

:

-S

-S

:

:

-S

:
( )

-S

ừ :

-S

:
(√ )
√

* ách t m cơng th c tính sai số c a ph p đo gián tiếp:

11


s đ

= f(x y z) vớ x y z

ầ đo
đ

p

t uộ v o
đ
đ
đo trự t ếp v

ó

số

̅
̅
̅

{
đó ết qu

x y zt o
trị:

ủ p ép đo trự t ếp đ

t

t o

ớ sau:

- Bước 1: Tính giá trị trung b nh c a đại lượng
̅
: ̅

̅ ̅ ̅

ế

=

̅ ̅ ̅

:X

ể

ậ ắ

Suy ra, ̅

ế :

:
̅

̅

̅

̅

A

- Bước 2: Tính sai số: S
:

ậ

Cách 1:
ể

:

T

=
ế
ể
∆
∆

T
:

,
ậ

ậ

α

:

v0 = 40,6 ± 0,2 (m/s)
α=

±

0

t = 3,0 ± 0,1 (s)
g = 9,8 (m/s2)
T

:̅

12