小編在刷抖音的時候,看到一個簡易的測量翡翠手鐲密度的時頻,大致分為兩個步驟:
第一步:將裝水的玻璃缸放在電子稱上,並將電子稱歸零;
第二步:將手鐲放入玻璃缸中,記錄電子稱的數值A;
第三步:用細繩拉起手鐲,使其懸浮在水中,記錄電子稱的數值B;
第四步:手鐲密度ρ=A÷B。
那麼這個算法計算的結果到底正確嗎?我們來分析一下。首先我們定義以下幾個變量:
- m杯子:杯子的質量
- m水:水的質量
- m鐲:鐲子的質量
- V鐲:鐲子的體積
- g:重力加速度
- F支撐:歸零條件下電子稱對於水和杯子的支撐力
- F拉力:歸零條件下電子稱對於水和杯子的支撐力
- ρ鐲:鐲子的密度
- ρ水:水的密度
第一步,沒有手鐲時,計算電子秤的支撐力 Eq.(1):
F支撐=(m杯子+m水)g
第二步,手鐲沉底時,計算電子秤的支撐力 Eq.(2):
F支撐+A×g=(m杯子+m水+m鐲)g
第三步,繩子的拉力 Eq.(3):
F拉力=(m鐲-V鐲×ρ水)g
第四步,手鐲懸浮時,計算電子秤的支撐力 Eq.(4):
F支撐+B×g=(m杯子+m水+m鐲)g-F拉力
化簡上述的公式可以得到:
A=m鐲,B=V鐲×ρ水
所以我們可以得到
ρ鐲=m鐲÷V鐲=ρ水×(A÷B)
由於由ρ水=1,所以
ρ鐲=A÷B
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