Как найти цену деления измерительных приборов в физике: пошаговая инструкция

Точные измерения - фундамент любой науки, особенно физики. Многие великие открытия стали возможны благодаря повышению точности измерительных приборов и измерений. Для того, чтобы правильно оценить точность измерения, нужно знать такой важный параметр любого прибора как цена деления. В этой статье я подробно расскажу, что такое цена деления, зачем она нужна и как ее найти для любого измерительного прибора.

Что такое цена деления

Цена деления - это значение наименьшего деления (интервала между двумя ближайшими штрихами) шкалы измерительного прибора, выраженное в единицах измеряемой величины.

Например, если на шкале линейки расстояние между двумя соседними штрихами составляет 1 мм, то цена деления этой линейки равна 1 мм.

Цена деления показывает, скольким единицам измеряемой величины (миллиметрам, градусам и т.д.) соответствует каждая отметка на шкале прибора.

Знание цены деления необходимо для определения погрешности измерений, выполненных данным прибором. Обычно погрешность принимается равной половине цены деления.

Виды шкал на измерительных приборах

Существуют два основных вида шкал:

• Равномерные шкалы, на которых расстояние между соседними штрихами одинаково по всей длине.
• Неравномерные шкалы, на которых штрихи располагаются на неравных расстояниях друг от друга.

Для равномерных шкал цена деления постоянна по всей длине шкалы. А для неравномерных шкал приходится вычислять цену деления отдельно для каждого участка, так как она меняется.

Связь цены деления и точности измерений

Чем меньше цена деления шкалы прибора, тем он точнее и позволяет делать измерения с меньшей погрешностью. Например, школьная линейка с ценой деления 1 мм менее точная, чем измерительная линейка с ценой деления 0,1 мм или 0,05 мм.

Таким образом, зная цену деления, можно оценить точность измерений для данного прибора и учитывать это при обработке результатов эксперимента.

Как найти цену деления шкалы прибора

Чтобы определить цену деления шкалы прибора, нужно выполнить следующие действия:

1. Найти на шкале прибора две ближайшие отметки (штрихи или точки) со значениями измеряемой величины.
2. Вычесть меньшее значение из большего.
3. Посчитать количество делений между этими двумя отметками.
4. Разделить полученную разность на количество делений.

Результатом этого деления и будет цена одного деления шкалы - искомая цена деления.

Рассмотрим это на конкретном примере. Допустим, у нас есть мензурка со следующей шкалой:

Здесь можно взять, например, отметки 40 мл и 30 мл. Находим их разность: \begin{equation*} 40 - 30 = 10 \end{equation*}

А теперь считаем количество делений между этими отметками - их ровно 5 штук. Делим разность на количество делений:

\begin{equation*} \frac{10}{5} = 2 \end{equation*}

Полученный результат 2 мл и есть цена деления данной шкалы. То есть каждому делению соответствует 2 мл объема жидкости.

Аналогично можно найти цену деления любого другого измерительного прибора - линейки, весов, термометра и т.д. Главное - это внимательно посмотреть на шкалу и выполнить описанные выше 4 шага.

Как использовать цену деления

Знание цены деления измерительного прибора может быть использовано следующими способами:

• Для вычисления погрешности прямых измерений. Обычно погрешность принимается равной половине цены деления.
• Для оценки точности самого прибора и результатов измерений с его помощью.
• Для выбора наиболее подходящего по точности прибора, исходя из требований конкретной экспериментальной задачи.

Рассмотрим пример вычисления объема жидкости в мензурке с использованием цены деления и учетом погрешности измерения.

Возьмем ту же мензурку, что и ранее.

Уровень жидкости находится между отметками 140 мл и 150 мл. Отсчитаем количество делений от нижнего штриха до уровня жидкости - получается 2 деления.

Теперь умножаем это число делений на ранее найденную цену деления 2 мл: \begin{equation*} 2 \times 2 = 4\end{equation*}

Получаем, что объем жидкости составляет 4 мл отмеченного нижнего значения 140 мл, то есть всего 144 мл.

Осталось учесть погрешность, которая равна половине цены деления. В нашем случае это 1 мл.

Итого объем жидкости в мензурке составляет 144 ± 1 мл. Знак ± показывает, что истинное значение может находиться в интервале от 143 мл до 145 мл.

Таким образом использование цены деления позволяет более точно оценить результаты прямых измерений с учетом неизбежной погрешности.

Типичные ошибки при определении цены деления

Несмотря на кажущуюся простоту, при определении цены деления измерительных приборов в физике часто допускаются ошибки. Рассмотрим наиболее распространенные из них:

• Выбор неправильных отметок со значениями. Ошибка заключается в том, что для определения цены деления берутся не соседние отметки на шкале. Например, значения 0 мл и 100 мл, вместо 30 мл и 40 мл. Это приводит к неверному результату.
• Неправильный подсчет количества делений. Легко ошибиться и посчитать количество делений на глаз. Например, на самом деле их 7 штук, а посчитали 5. Это тоже ведет к неверной цене деления.
• Округление промежуточных результатов. Нельзя округлять промежуточные результаты (разность отметок и частное при делении), так как это накапливает погрешность. Цена деления должна быть вычислена с максимально возможной точностью.

Как найти цену деления в физике

Итак, для того, чтобы найти или вычислить цену деления шкалы прибора в физике , необходимо точно придерживаться следующего алгоритма:

1. Внимательно осмотреть шкалу прибора, найти отметки со значениями физической величины.
2. Выбрать две соседние отметки, между которыми имеется как минимум 5-10 делений.
3. Вычислить разность этих двух значений.
4. Аккуратно, не на глаз, а считая каждое деление, определить их количество между выбранными отметками.
5. Разделить ранее полученную разность на подсчитанное количество делений.

Придерживаясь этого алгоритма и не допуская поспешности, можно точно определить цену деления шкалы любого измерительного прибора в физике .

Зависимость точности измерений от цены деления

Как уже было сказано ранее, чем меньше цена деления шкалы прибора, тем он позволяет получать более точные результаты измерений. Это связано с тем, что погрешность обычно принимается равной половине цены деления.

Например, для школьной линейки с ценой деления 1 мм, измерение длины отрезка в 2 см будет иметь погрешность ± 0,5 мм. А для высокоточной измерительной линейки с ценой деления 0,1 мм погрешность того же измерения составит всего ± 0,05 мм.

Поэтому выбор прибора с минимально возможной ценой деления позволяет повысить точность измерений и минимизировать погрешности при проведении физических экспериментов.