செய்முறைகள் · சோதனை 7
சோதனை இல. 7
U-குழாயால் ஒரு திரவத்தின் சார்பு அடர்த்தியைக் காணல்
🎯 நோக்கம்
U-குழாயைப் பயன்படுத்தி ஒரு திரவத்தின் (தேங்காய் எண்ணெய்) சார்பு அடர்த்தியை (relative density) காணல்.
🧰 கருவிகளும் பொருட்களும்
U-குழாய், இரு அரை-மீட்டர் அளவுகோல்கள், தேங்காய் எண்ணெய், நீர், கட்டுக் கால்கள் (clamp stands), செங்கோணி.
📐 கொள்கை
U-குழாயின் இரு கால்களில் சந்திக்கும் புள்ளியிலிருந்து (interface) நீர் தம்பத்தின் உயரம் $h_w$, எண்ணெய் தம்பத்தின் உயரம் $h_l$ — அந்த நிலையில் அதே மட்டத்தில் அழுத்தம் சமம்:
$p_0 + h_w \rho_w g = p_0 + h_l \rho_l g$
$h_w = \dfrac{\rho_l}{\rho_w} \cdot h_l$
$h_w = \dfrac{\rho_l}{\rho_w} \cdot h_l$
$h_w$ vs $h_l$ வரைபடம் ஒரு நேர்கோடு — சாய்வே சார்பு அடர்த்தி $\rho_l / \rho_w$.
🔬 செய்முறை
- U-குழாயை நிலைக்காலில் செங்குத்தாக பொருத்துக. இரு கால்களுக்கும் அருகே செங்குத்தாக அரை-மீட்டர் அளவுகோல்களை நிறுத்துக.
- அதிக அடர்த்தியுள்ள நீரை முதலில் ஒரு காலில் ஊற்றுக (இது தலைகீழாக நிகழ்ந்தால் எண்ணெய் நீர் மட்டத்தின் மேல் ஊர்ந்து வழுவை ஏற்படுத்தும்).
- மறு காலில் தேங்காய் எண்ணெய் சிறிது ஊற்றுக. செங்கோணியைப் பயன்படுத்தி நீர் மெனிஸ்கஸ் ($x$), எண்ணெய் மெனிஸ்கஸ் ($y$), மற்றும் interface ($z$) ஆகியவற்றின் அளவீடுகளைப் பதிக.
- எண்ணெயை சிறிது சிறிதாக சேர்த்து, மொத்தம் ~6 சோடி $(x, y, z)$ அளவீடுகளைப் பெறுக. அட்டவணை 7.1-இல் பதிக.
- $h_l = y - z$, $h_w = x - z$ ஐ கணக்கிட்டு, $h_w$ vs $h_l$ வரைபடம் வரைந்து, சாய்வையே சார்பு அடர்த்தியாகப் பெறுக.
📊 அளவீடுகள்
அட்டவணை 7.1-இல் ஆறு வரிசை: $x, y, z, h_l = y - z, h_w = x - z$ (cm).
🧮 கணக்கீடு
$h_w$ vs $h_l$ வரைபடச் சாய்வு $= \rho_l / \rho_w$ = சார்பு அடர்த்தி
⚠ முன்னெச்சரிக்கைகள்
- அதிக அடர்த்தியுள்ள திரவத்தை (நீரை) முதலில் ஊற்றுக — இல்லையென்றால் குறைந்த அடர்த்தி திரவம் (எண்ணெய்) நீர் மட்டத்தின் மேல் தவழ்ந்து interface-ஐ மறைக்கும்.
- interface வளைந்த பகுதியில் (U-வளைவு) வரக்கூடாது — இரு கால்களின் கிடை சீரான பகுதியில் இருக்க.
- மெனிஸ்கஸின் கீழ் வளைவை (water — concave) படிக்க; எண்ணெய் வளைவின் தன்மையை கவனத்தில் கொள்ள.
- செங்கோணியை அளவீட்டுக்கு செங்குத்தாக வைத்து parallax-ஐ தவிர்க்க.
✅ முடிவு
வரைபடச் சாய்வு = தேங்காய் எண்ணெயின் சார்பு அடர்த்தி. நிலையான மதிப்பு ~0.92 உடன் ஒப்பிடுக.
குறிப்பு$y - z$ மற்றும் $x - z$ வேறுபாடுகள் சிறிய வழுவைப் பெருக்குகின்றன — எனவே $z$-ஐ துல்லியமாக படிப்பது மிக முக்கியம். interface வளைவில் வராமல், கிடைக்கும்வரை எண்ணெயை சேர்த்து விட்டு அதன் பின்னரே அளக்கத் தொடங்குக.
NIE Physics Practical Handbook (2017) · Experiment 7, pp.18–19