При измерении линейных размеров и массы параллелепипеда получены следующие значения a, в, h, m. a – ширина, в – длина, h - высота, m – масса. Приборные погрешности: δa=δв=0,1 мм, δh=0,01 мм, δm=0,005 г. Найти объем параллелепипеда и плотность материала, из которого он изготовлен. Рассчитать абсолютную и относительную погрешность прямых и косвенных измерений (для надежности 95%). Пользуясь справочными данными, определить возможный материал.
Дано:
а1=66,1 мм; а2=66,0 мм; а3=66,2 мм; а4=66,0 мм;
в1=29,2 мм; в2=29,3 мм; в3=29,0 мм; в4=29,2 мм;
h1=8,12 мм; h2=8,15 мм; h3=8,16 мм; h4=8,17 мм;
m=140,77 г
δa=δв=0,1 мм, δh=0,01 мм, δm=0,005 г
Решение
Найдем среднее значение а и среднеквадратичную ошибку определения среднего с надежностью 95%.
aср=a1+a2+a3+a44=66,1+66,0+66,2+66,04=264,34=66,075 мм
σaср=66,075-66,12+66,075-66,02+66,075-66,22+66,075-66,024-1==0,02753=0,009167=0,095743
Найдем случайную погрешность величины аср по формуле:
∆aсл=3,18∙σaср=3,18∙0,095743=0,306
где 3,18 – коэффициент Стьюдента для n=4; =0,95
Найдем ошибку однократного измерения:
∆aои=0,95∙δa=0,95∙0,1=0,095
Найдем общую ошибку величины а:
∆a=∆aсл2+∆aои2=0,3062+0,0952=0,32
Аналогично рассчитаем для величин в и h:
вср=в1+в2+в3+в44=29,2+29,3+29,0+29,24=116,74=29,175 мм
σвср=29,175-29,22+29,175-29,32+29,175-29,02+29,175-29,224-1==0,04753=0,015833=0,125831
∆всл=3,18∙σвср=3,18∙0,125831=0,403
∆вои=0,95∙δв=0,95∙0,1=0,095
∆в=∆всл2+∆вои2=0,4032+0,0952=0,41
hср=h1+h2+h3+h44=8,12+8,15+8,16+8,174=32,64=8,15 мм
σhср=8,15-8,122+8,15-8,152+8,15-8,162+8,15-8,1724-1==0,00143=0,000467=0,021602
∆hсл=3,18∙σhср=3,18∙0,021602=0,069
∆hои=0,95∙δh=0,95∙0,01=0,0095
∆h=∆hсл2+∆hои2=0,0692+0,00952=0,07
Найдем объем параллелепипеда:
Vср=aср∙вср∙hср=66,075∙29,175∙8,15=15711,07 мм3
Найдем относительную и абсолютную ошибки определяемого значения объема параллелепипеда:
δV=∆aaср2+∆ввср2+∆hhср2=0,3266,0752+0,4129,1752+0,078,152==0,000295=0,017167
∆V=Vср∙δV=15711,07 ∙0,017167=269,72 мм3
Таким образом, объем параллелепипеда:
V=15711,07±269,72 мм3 с надежностью 0,95.
или
V=15,71±0,27 см3 с надежностью 0,95.
Плотность вещества определяется формулой:
ρср=mVср=140,7715711,07 =0,00896 г/мм3=8,96 г/см3=8960 кг/м3
Относительная ошибка при определении плотности параллелепипеда:
δρ=δmm+∆aaср+∆ввср+∆hhср=0,005140,77+0,3266,075+0,4129,175+0,078,15=0,027521
Абсолютная ошибка равна:
∆ρ=ρср∙δρ=0,00896 ∙0,027521=0,000247гмм3
ρ=0,00896±0,000247 г/мм3
По справочным данным определяем, что заданное вещество - Медь чистая Copper Cu.