Увеличение одной линзы
Примечание: собирающая линза широкая посередине и узкая по краям; рассеивающая линза широкая по краям и узкая посередине. Процесс вычисления увеличения одинаков для обеих линз за одним исключением в случае рассеивающей линзы.
- Например, рассмотрим фигурку высотой 6 см, которая находится на расстоянии 50 см от собирающей линзы с фокусным расстоянием 20 см. Здесь вы должны найти увеличение, размер изображения и расстояние до изображения. Запишите формулу так: M = (h i /h o) = -(d i /d o)
- В задаче даны h o (высота фигурки) и d o (расстояние от фигурки до линзы). Вы также знаете фокусное расстояние линзы, которое не входит в формулу. Вы должны найти h i , d i и M.
-
Используйте формулу линзы для вычисления d i , если вы знаете расстояние от линзы до предмета и фокусное расстояние линзы. Формула линзы: 1/f = 1/d o + 1/d i , где f = фокусное расстояние линзы.
-
Теперь вы знаете d o и d i и можете найти высоту увеличенного изображения и увеличение линзы. Обратите внимание, что формула для вычисления увеличения включает два знака равенства (M = (h i /h o) = -(d i /d o)), то есть оба отношения равны, и вы можете воспользоваться этим фактом при вычислении M и h i .
- В нашем примере найдите h i следующим образом: (h i /h o) = -(d i /d o) (h i /6) = -(33,3/50) h i = -(33,3/50) × 6 h i = -3,996 см
- Обратите внимание, что отрицательная высота означает, что изображение будет перевернутым.
-
Для вычисления М используйте либо –(d i /d o), либо (h i /h o).
- В нашем примере: M = (h i /h o) M = (-3,996/6) = -0,666
- Вы получите тот же результат, используя значения d: M = -(d i /d o) M = -(33,3/50) = -0,666
- Обратите внимание, что увеличение не имеет единиц измерения.
-
Если у вас есть значение увеличения, вы можете предположить некоторые свойства изображения.
- Размер изображения. Чем больше значение М, тем больше изображение. Значения M между 1 и 0 свидетельствуют о том, что предмет через линзу будет выглядеть меньше.
- Ориентация изображения. Отрицательные значения М указывают на то, что изображение предмета будет перевернутым.
- В нашем примере М = -0,666, то есть изображение фигурки будет перевернутым и составлять две трети высоты фигурки.
-
В случае рассеивающей линзы используйте отрицательное значение фокусного расстояния. Это единственное отличие вычисления увеличения рассеивающей линзы от вычисления увеличения собирающей линзы (все формулы остаются теми же). В нашем примере этот факт повлияет на значение d i .
- Проделаем вычисления для нашего примера еще раз, но при условии, что мы используем рассеивающую линзу с фокусным расстоянием -20 см. Все другие значениями остаются такими же.
- Во-первых, найдем d i через формулу линзы: 1/f = 1/d o + 1/d i 1/-20 = 1/50 + 1/d i -5/100 - 2/100 = 1/d i -7/100 = 1/d i -100/7 = d i = -14,29 см
- Теперь найдем h i и M. (h i /h o) = -(d i /d o) (h i /6) = -(-14,29/50) h i = -(-14,29/50) × 6 h i = 1,71 см M = (h i /h o) M = (1,71/6) = 0,285
Напишите формулу. Теперь определите, какие переменные вам даны. По формуле вы можете найти любую переменную, входящую в формулу (а не только увеличение).
Из таблицы видно, что наилучшими упругими свойствами обладают капроновые ткани, а наихудшими - вискозные. Полная деформация для трикотажных полотен значительно больше, чем для тканей.
Проявление составных частей деформации растяжения трикотажа по сравнению с тканями имеет некоторые особенности, определяемые петельным строением трикотажа. Так, незначительное увеличение статической нагрузки при кратковременном ее действии приводит к резкому увеличению полного удлинения с преимущественным развитием упругой деформации. Со временем действия статической нагрузки изменяется соотношение частей полной деформации растяжения трикотажа: обратимая часть деформации уменьшается, необратимая часть растет. При значительном увеличении статической нагрузки увеличивается остаточная часть полной деформации трикотажа. Таким образом, чем действующая на материал, и время ее действия, тем больше доля упругой компоненты. Поэтому одежда, материал которой при носке испытывает кратковременное действие незначительной нагрузки, лучше сохраняет форму и размеры.
На готовые трикотажные полотна и полуфабрикаты из всех видов пряжи и нитей, предназначенных для верхних изделий, согласно ГОСТ 28882-90 установлены нормы остаточной деформации (остаточной стрелы прогиба). Норма остаточной деформации трикотажных полотен в зависимости от их вида, силуэта изделия приведены в табл. 20.
Таблица 20
Нормы остаточной деформации трикотажных полотен
Характеристика полотна |
Силуэт изделия |
Нормы остаточной деформации, мм, не более |
Полотна классических переплетений из всех видов пряжи и нитей и их сочетаний, кроме полотен из синтетических нитей | ||
Полотна из синтетических нитей |
Любая конструкция изделия | |
Полотна рыхлых петельных структур, имитирующие ручное вязание, с оборудования 3-12 классов |
Прилегающий или полуприлегающий Свободного покроя |
Изделия из тканей или трикотажных полотен с высокими значениями быстрообратимых деформаций сохраняют свою форму при носке, не сминаются, имеют повышенную износостойкость. Если для текстильных материалов характерны значительные медленнообратимые (эластические) деформации, особенно с длительным периодом релаксации, то это указывает на то, что они в дальнейшем в процессе эксплуатации (носки, стирки, химчистки) способны изменять свои размеры, в том числе усаживаться. Изделия из полотен, которым свойственны большие необратимые пластические деформации, при носке сильно сминаются, быстро вытягиваются и теряют свою форму, образуя в области сидения, на коленях и локтях так называемые «пузыри»; деформированные участки быстрее изнашиваются.
Деформационные свойства материалов зависят также от направления приложения нагрузки. При приложении нагрузки под углами к нитям основы или утка растет полная деформация ткани и изменяется соотношение составных частей; доля обратимой части уменьшается, а доля необратимой увеличивается. Особенно увеличивается полная деформация и доля ее необратимой части при приложении нагрузки в направлении под углом 45° к нитям основы (утка). Это объясняется поворотом нитей основы и утка в точках их пересечения (перехода) и связано главным образом с плотностью материала и видом переплетения. Чем меньше плотность материала и больше длина перекрытия, а следовательно, слабее связи между нитями, тем легче поворачиваются нити в точках их переплетения. Поэтому уже при малых нагрузках, действующих на ткани в направлении под углом к нитям основы (утка), наблюдается значительное полное удлинение ткани с увеличением доли необратимой части деформации. Этот факт необходимо учитывать при проектировании и эксплуатации одежды, особенно там, где имеются детали, выкроенные по «косой».
Полная деформация и соотношение между ее составными частями зависят от параметров испытания на релаксометре, а также в значительной мере от относительной влажности и температуры воздуха. В случае повышения влажности воздуха в результате поглощения паров воды материалом межмолекулярное взаимодействие ослабляется, подвижность макромолекул в волокнах и нитях увеличивается, что приводит к снижению трения между нитями. В итоге увеличиваются полные деформации и их составные части, возникающие в полотнах под действием внешних сил. В водной среде или растворах, особенно, при повышенных температурах, эти процессы активизируются еще более. Чтобы исключить влияние температуры и влажности, сравнительные испытания полотен различных видов рекомен-
дуется проводить при нормальных атмосферных условиях (температура 20 ± 2° С, относительная влажность воздуха 65%). Под действием температуры и влаги ускоряется также обратный релаксационный процесс после снятия нагрузки. Значительно быстрее исчезают медленнообратимые деформации. Поэтому для одежды, изготовленной из материалов с значительной долей медленнообратимых деформаций, необходимы частые ВТО для придания ей товарного вида.
4.3.2.. Изменение линейных размеров материалов в
процессе изготовления и эксплуатации швейных
изделий под действием тепла и влаги
В процессе изготовления и эксплуатации швейных изделий материалы для одежды после различных обработок (замачивания, ВТО, стирки, химчистки и др.) изменяют свои линейные размеры. Чаще всего происходит уменьшение линейных размеров; это явление называют усадкой. Значительно реже размеры материалов увеличиваются, происходит притяжка.
Уменьшение линейных размеров одежных материалов после мокрых обработок происходит в результате сложного комплекса взаимосвязанных явлений. Одной из основных причин усадки является обратный релаксационный процесс- исчезновение эластических (медленно-обратимых) деформаций, возникших при производстве волокон, нитей и текстильных материалов. Так, при ткачестве более сильно натягиваются нити основы и в напряженном состоянии фиксируются последующей отделкой. В процессе производства трикотажных полотен нити получают сложный комплекс воздействий растяжения и изгиба. После снятия материалов с машин упругие деформации исчезают сразу, а эластические - в процессе дальнейшей переработки, что и приводит к усадке.
Релаксационный процесс обусловлен тепловыми колебаниями, вызывающими перемещение отдельных звеньев или макромолекул. В сухом состоянии в результате межмолекулярного взаимодействия подобное перемещение сильно затруднено, а во влажном состоянии молекулы воды, проникая в структуру материала, ослабляют силу межмолекулярного взаимодействия и часть сил начинает взаимодействовать не между собой, а с молекулами воды, что способствует возвращению материала в равновесное состояние. Температура ускоряет релаксационный процесс и приводит к большей усадке.
В зависимости от волокнистого состава, структуры и способа получения материалов, а также условий изготовления из них швейных изделий величина усадки может быть различной. Величина усадки зависит от факторов, способствующих развитию процесса релаксации. Она зависит от способности волокон поглощать влагу, крутки нитей, соотношения линейных плотностей нитей основы и утка, переплетения, плотности нитей в тканях и плотности вязания трикотажных полотен, а также от условий красильно-отделочного производства. Наибольшее влияние на величину усадки тканей, трикотажных и нетканых полотен оказывают процессы отделки, когда материалы растягиваются в продольном направлении и полученные напряжения фиксируются при каландрировании и прессовании. Чем большую деформацию при растяжении получили материалы, тем сильнее они релаксируют, тем выше потенциальная величина их усадки.
Второй причиной усадки является набухание нитей, которое ведет к изменению их изогнутости в материале. Например, при сильном набухании нитей основы изогнутость огибающих их уточных нитей увеличивается и происходит уменьшение размеров ткани по утку, то есть усадка по ширине. Набухание зависит от способности волокон и нитей поглощать воду и другие жидкости. Чем лучше сорбционная способность, тем больше набухают нити и тем больше усадка текстильных материалов. В связи с этим, значительную усадку имеют материалы из натуральных, вискозных волокон, наименьшую - из синтетических (капроновых, лавсановых, нитроновых и др.).
В тканях усадка происходит при смачивании и сушке. При погружении тканей в воду, особенно нагретую, сразу же происходит изменение их размеров, причем дальнейшее пребывание тканей в воде при заданных условиях и без механических воздействий не вызывает изменения их размеров. При сушке релаксационный процесс возобновляется, происходит дальнейшее изменение размеров тканей, однако по мере уменьшения содержания влаги процесс затухает и усадка прекращается.
Усадка трикотажных полотен происходит в основном в результате изменений в его петельной структуре. Усадка трикотажа больше в том направлении, в котором он больше был вытянут в процессе отделки. Усадка трикотажных полотен обусловлена нарушением равновесного состояния под действием тепла и влаги. При этом изменяются связи между отдельными элементами петельной структуры, меняются точки контакта петель и конструкция петель. Соотношение сил трения и упругих сил нарушается. Выпрямленные участки начинают изгибаться, кривизна дуг и положение петель в полотне изменяется, смещаются точки контакта, меняется длина, ширина и толщина трикотажа. Основовязаные полотна обычно имеют усадку по длине и ширине, полотна с кругловязальных машин -усадку по длине и притяжку по ширине.
При стирке в результате комплексного воздействия температуры, воды, моющего раствора и механических усилий усадка увеличивается. Наибольшая усадка материала наблюдается обычно при первом смачивании или стирке. При каждой последующей обработке происходит дальнейшее сокращение размеров материала, однако, процесс носит затухающий характер.
При химчистке усадка происходит в результате действия химических чистящих реагентов (растворов) и механических усилий. Влияние химчистки на процесс усадки наименее изучено.
При изготовлении швейных изделий материалы перед раскроем подвергают принудительной усадке, воздействуя на них теплом и влагой. Такая обработка называется декатировкой.
Методы определения изменения линейных размеров (ИЛР) можно разделить на две группы: 1 - определение частичного ИЛР после однократного воздействия мокрых и других обработок; 2 - определение потенциального ИЛР (максимально возможного) в результате многократных воздействий.
В стандартах зафиксированы методы определения ИЛР после однократного воздействия различных обработок. Вид обработки учитывает условия эксплуатации изделий из материалов различного волокнистого состава. Стандарты предусматривают также разное испытательное оборудование.
Изменение линейных размеров тканей хлопчатобумажных, льняных, из пряжи химических волокон и смешанных определяют после мокрой обработки (стирки) в стиральной машине с использованием мыльного раствора (ГОСТ 8710-84). Изменение линейных размеров шелковых и полушелковых тканей определяют тоже после стирки на специальном оборудовании (ГОСТ 9315-90). ИЛР шерстяных пальтовых и костюмных тканей определяют после замачивания в ванне прибора УТШ-1 и последующего высушивания (ГОСТ 5012-82); шерстяных плательных тканей - после глажения (ГОСТ 12867-77); трикотажных полотен - после мокрой обработки (ГОСТ 13711-82).
Большинство ГОСТов предусматривают для испытания пробы размером 300 х 300 мм, которые размечаются контрольными метками на расстоянии 200 мм друг от друга.
Изменение линейных размеров материалов для одежды определяется изменением их размеров по длине и ширине и определяется по формуле, %,
где L 0 - расстояние между метками на пробе до обработки, мм; L 1 - расстояние между метками после обработки, мм
Согласно ГОСТ 11207 ткани по величине ИЛР делятся на 3 группы (табл.21).
Таблица 21
Нормы изменение линейных размеров тканей после мокрой обработки
Изменение размеров, % не более | |||||||
Группа тканей |
для х/б, смешанных, льняных тканей и тканей из химической пряжи |
для шерстяных и полу шерстяных тканей |
для шелковых и полушелковых тканей |
Характеристика тканей по изменению размеров |
|||
по основе |
по основе |
по ос- нове | |||||
Практически безусадоные |
|||||||
Малоусадоч- ные |
|||||||
Усадочные |
По сравнению с тканями трикотажные полотна имеют большую усадку. Согласно стандартам технических условий нормы усадки трикотажных полотен бельевого назначения (ГОСТ 26289-84) и для верхних изделий (ГОСТ 26667-85) колеблются от 3 до 12 % в зависимости от волокнистого состава, переплетения и поверхностной плотности полотна (прил.8,9). Нормы усадки тканей с учетом волокнистого состава и назначения также регламентируются в соответствующих стандартах. Превышение усадки относительно предела, установленного государственным стандартом, расценивается как отклонение от норм показателей физико-механических свойств и ведет к снижению качества, сортности материалов.
Таким образом, ИЛР материалов колеблется в широких пределах. Наибольшее влияние на процесс изготовления и эксплуатации одежды
оказывает усадка. После усадки изменяется многие свойства материалов: плотность, поверхностная плотность, жесткость и др. Нежелательная усадка приводит к уменьшению размеров изделия, а также к искажению их формы, в результате чего сокращается срок службы изделий. Поэтому учитывать возможную усадку необходимо на всех этапах изготовления и эксплуатации одежды.
При ВТО текстильные материалы могут нагреваться до 100-150° С и поглощать влагу в количестве 20-30 % от их веса, что может привести к значительной усадке. Оценка качества тканей по устойчивости к ВТО является одним из основных показателей, по которому определяется возможность их переработки на технологических линиях для изготовления высококачественных изделий. Установлено, что если величина тепловой усадки основных деталей (полочки, спинки) превышает 2 %. то готовое изделие переводят в другой рост . С учетом тепловой усадки в технологию вносят следующие изменения:
1) вводят дополнительные операции по уточнению размеров и подрезанию деталей после тепловых воздействий на них,
2)проставляют дополнительные контрольные знаки на соединяемых срезах.
При монтаже швейного изделия, состоящего из нескольких материалов, вносят изменения в порядок сборки для исключения негативного влияния тепловой усадки. Например, из-за тепловой усадки подкладочной ткани подшивание или застрачивание низа подкладки в женском пальто производят после окончательной ВТО.
При разработке конструкции изделия необходимо учитывать, сколько раз в процессе производства будет подвергаться тепловой обработке одна и та же деталь. Число таких тепловых воздействий может достигать шести. Пропорционально числу тепловых воздействий может возрастать и тепловая усадка. Соответствующие коррективы нужно ввести при выборе припусков и прибавок.
Задача правильного учета тепловой усадки осложняется еще и тем, что детали одного и того же изделия могут подвергаться разному числу циклов тепловой обработки. Больше всего циклов испытывает полочка в верхней одежде (пальто, пиджаки). Поэтому и величина тепловой усадки различных деталей не будет одинаковой, если она подвергается разному числу циклов тепловой обработки, соответственно должны быть различные припуски.
В настоящее время для закрепления формы швейных изделий широко применяется клеевое дублирование. Наряду с положительными изменениями (увеличение упругости, формоустойчивости) при дублировании
наблюдается усадка материалов и клеевого соединения в целом. Так, после дублирования костюмно-пальтовых чистошерстяных и полушерстяных недекатированных и предварительно продекатированных тканей наблюдалась значительная усадка. Анализ результатов показал, что усадка дублированных пакетов, состоящих из недекатированных тканей, колеблется от 1 до 3,7 %. В большинстве случаев это больше, чем усадка одной недекатированной ткани. Особенно большую усадку имеют пакеты, состоящие из недекатированной буклиро-ванной ткани рыхлой, подвижной структуры (2,4-3,7 %). Усадка пакетов из предварительно продекатированных тканей значительно уменьшилась и составила 0,4-1,6 % для пакетов с трикотажными прокладочными материалами и 0,3-1 % - с ткаными. Проведенные исследования показали, что клеевое дублирование может привести к значительному изменению размеров деталей, особенно при фронтальном дублировании. Усадка дублированных пакетов в большей степени зависит от усадки основной ткани. Для того, чтобы уменьшить нежелательные изменения размеров при дублировании, ткани необходимо предварительно декатировать и при конструировании предусматривать дополнительные припуски на тепловую усадку при дублировании. Особенно это важно для тканей рыхлых, подвижных структур.
Полная усадка от теплового воздействия (суммарная после клеевого дублирования и ВТО) может достигать значительных величин. Следовательно, технологические припуски на термодублирование (ПТ ТД) и на ВТО (ПТвто) следует назначать отдельно для дублируемых и недублируемых деталей с учетом числа последующих тепловых операций. Поэтому в настоящее время стремятся к уменьшению числа операций внутрипроцессной ВТО.
Весьма неблагоприятно на качество швейного изделия сказывается разная усадка комплектующих материалов, в частности, основных и подкладочных. До эксплуатации в готовых изделиях разноусадчность не проявляется. Однако после стирки и химчистки наблюдаются такие дефекты, как провисание подкладочного материала при большей усадке основного, затягивание основного материала подкладочным при большей усадке подкладочного. Эти дефекты приводят к искажению формы, размеров изделия и необходимости его ремонта. Как показывает практика, после стирки и химчистки в результате значительной усадки материалов изделие может стать другого роста или размера.
После стирки и химчистки наблюдается изменение свойств и клеевых соединений, полученных из разноусадочных основных и прокладочных материалов, происходит усадка пакета в целом, а иногда - закручивание проб.
Поэтому клеевое дублирование не рекомендуется для материалов, имеющих большую разниич по усадке. В большинстве случаев уменьшается прочность склеивания, а при неправильном подборе химического чистящего реагента наблюдается полное растворение клеевого покрытия у прокладочного материала. Это может привести к неустранимым дефектам в готовом изделии.
Приведенные выше сведения наглядно свидетельствуют о том, что особое внимание следует уделять подбору комплектующих материалов в пакет одежды: основных, подкладочных и прокладочных. Материалы в изделии должны иметь одинаковую усадку, не превышающую 1,5-2 %. При подборе комплектующих материалов целесообразно проводить исследования усадки пакетов одежды (а не отдельных материалов) в зависимости от предполагаемых условий эксплуатации одежды.
Во избежание дефектов по причине разноусадочности материалов перед раскроем их необходимо продекатировать, то есть произвести принудительную усадку, воздействуя на них теплом и влагой. Наиболее распространенным способом декатировки является замачивание в теплой воде.
Таким образом, ИЛР (усадка) является важнейшим свойством, влияющим практически на весь процесс изготовления и эксплуатацию швейных изделий. Она определяет:
Выбор режимов ВТО и клеевого дублирования;
Применение дополнительных операций по декатировке и уточнению размеров деталей после ВТО и клеевого дублирования;
Ограничения по применению клеевых методов дублирования разно- усадочных основных и прокладочных материалов;
Припуски и прибавки при разработке конструкции, степень облегания;
Подбор основных и прикладных материалов в пакет изделия;
Условия эксплуатации (режимы стирки, химчистки и т.п.).
>> Формула тонкой линзы. Увеличение линзы
§ 65 ФОРМУЛА ТОНКОЙ ЛИНЗЫ. УВЕЛИЧЕНИЕ ЛИНЗЫ
Выведем формулу, связывающую три величины: расстояние d от предмета до линзы , расстояние f от изображения до линзы и фокусное расстояние F.
Из подобия треугольников АОВ и A 1 B 1 O (см. рис. 8.37) следует равенство
Уравнение (8.10), как и (8.11), принято называть формулой тонкой линзы. Величины d, f и. F могут быть как поло-нсительными, так и отрицательными. Отметим (без доказательства), что, применяя формулу линзы, нуншо ставить знаки перед членами уравнения согласно следующему правилу. Если линза собирающая, то ее фокус действительный, и перед членом ставят знак «+». В случае рассеивающей линзы F < 0 и в правой части формулы (8.10) будет стоять отрицательная величина. Перед членом ставят знак «+», если изображение действительное, и знак «-» в случае мнимого изображения. Наконец, перед членом ставят знак «+» в случае действительной светящейся точки и знак «-», если она мнимая (т. е. на линзу падает сходящийся пучок лучей, продолжения которых пересекаются в одной точке).
В том случае, когда F, f или d неизвестны, перед соответствующими членами ставят знак «+». Но если в результате вычислений фокусного расстояния или расстояния от линзы до изображения либо до источника получается отрицательная величина, то это означает, что фокус, изображение или источник мнимые.
Увеличение линзы . Изображение, получаемое с помощью линзы, обычно отличается своими размерами от предмета. Различие размеров предмета и изображения характеризуют увеличением.
Линейным увеличением называют отноптение линейного размера изображения к линейному размеру предмета.
Для нахождения линейного увеличения обратимся снова к рисунку 8.37. Если высота предмета АВ равна h, а высота изображения А 1 В 1 равна Н, то
есть линейное увеличение.
4. Постройте изображение предмета, помещенного перед собирающей линзой, в следующих случаях:
1) d > 2F; 2) d = 2F; 3) F < d < 2F; 4) d < F.
5. На рисунке 8.41 линия АВС изображает ход луча через тонкую рассеивающую линзу. Определите построением положения главных фокусов линзы.
6. Постройте изображение светящейся точки в рассеивающей линзе, используя три «удобных» луча.
7. Светящаяся точка находится в фокусе рассеивающей линзы. На каком расстоянии от линзы находится изображение? Постройте ход лучей.
Мякишев Г. Я., Физика. 11 класс: учеб. для общеобразоват. учреждений: базовый и профил. уровни / Г. Я. Мякишев, Б. В. Буховцев, В. М. Чаругин; под ред. В. И. Николаева, Н. А. Парфентьевой. - 17-е изд., перераб. и доп. - М. : Просвещение, 2008. - 399 с: ил.
Физика для 11 класса, учебники и книги по физике скачать , библиотека онлайн
Содержание урока конспект урока опорный каркас презентация урока акселеративные методы интерактивные технологии Практика задачи и упражнения самопроверка практикумы, тренинги, кейсы, квесты домашние задания дискуссионные вопросы риторические вопросы от учеников Иллюстрации аудио-, видеоклипы и мультимедиа фотографии, картинки графики, таблицы, схемы юмор, анекдоты, приколы, комиксы притчи, поговорки, кроссворды, цитаты Дополнения рефераты статьи фишки для любознательных шпаргалки учебники основные и дополнительные словарь терминов прочие Совершенствование учебников и уроков исправление ошибок в учебнике обновление фрагмента в учебнике элементы новаторства на уроке замена устаревших знаний новыми Только для учителей идеальные уроки календарный план на год методические рекомендации программы обсуждения Интегрированные урокиИзмерение линейных размеров.
Штангенциркуль, микрометр.
В простейшем случае измерение длины осуществляется простым сравнением эталона с измеряемой длиной. Повышение точности измерения сводится к устранению возможных источников ошибок. При работе со шкалой такими ошибками могут быть неравномерность шкалы, толщина штрихов шкалы, параллакс (кажущее совпадение штриха шкалы и границы линии из-за смещения глаза наблюдателя) и т.д. Все усовершенствования измерительных приборов в этом случае сводятся к устранению источников ошибок и уменьшению деления шкалы.
Штангенциркуль. Штангенциркуль представляет собой линейку с делениями, снабженную двумя зажимами между которыми помещается измеряемое тело. Один из зажимов неподвижный, с ним связывается нулевой отсчет линейки, второй зажим скользит по линейке, соответственно размерам тела.
Рис. 1 Штангенциркуль
Обычно все приборы имеющие шкалу снабжаются нониусом.
Как уже говорилось, ошибка при измерении по шкале принимается равной половине деления шкалы. Такая оценка связана с тем, что глаз человека может определять часть деления шкалы с точностью около 0,15-0,20 деления. С учетом того, что не всегда концы измеряемого тела совпадают со штрихами шкалы, принята такая оценка погрешности. Однако, точность измерения при тех же делениях шкалы может быть существенно увеличена. Два штриха шкалы можно совместить с точностью до половины ширины штриха. Если ширина штриха составляет 0,05 основного деления, то совмещать штрихи можно с точностью в 0,05 величины основного деления. Для этого подвижный зажим соединяется с дополнительной шкалой. Шкала эта конструируется таким образом, чтобы длина, соответствующая n делениям основной шкалы разбивалась на дополнительной шкале на n-1 или n+1 делений. Таким образом, одно деление дополнительной шкалы (нониуса) отличается на 1/n от деления основной шкалы. Если деление нониуса меньше деления основной шкалы, то нониус называется прямым или нониусом первого рода. Если деление нониуса больше деления шкалы, то нониус называется обратным или нониусом второго рода.
Нониус первого рода
Если теперь длина предмета отличается на ∆L от целого числа делений шкалы, то нетрудно видеть, что совпадут - DL/n деление нониуса и штрих шкалы. Это даёт возможность повысить точность измерения в 20-10 раз по сравнению с обычной шкалой.
Нониусы различной конструкции применяются практически во всех случаях измерения угловых и линейных величин. Хотя при этом их конструкции могут существенно отличаться, принцип всех нониусов один – повышение точности совмещения шкалы с измеряемым телом за счёт ширины штриха шкалы.
Микрометр. Микрометрический винт. При измерениях малых длин помимо точности отсчета необходимо фиксировать очень малые перемещения подвижного зажима. Обычно это осуществляется с помощью микрометрического винта. Микрометрический винт – это винт с относительно большим диаметром и малым шагом. Один оборот винта перемещает зажим на малое расстояние, равное шагу. Однако благодаря большому диаметру можно разделить окружность винта на большое число. делений (обычно 50-100 делении) и отсчитывая с помощью этих делении часть оборота винта соответственно перемещать его на соответствующую часть шага. При шаге винта 0,5 мм и разделении окружности винта на 50 делении это даёт возможность измерять толщины с точностью 0,01 мм. Шкала микрометрического винта обычно не снабжается нониусом, так как неточности шага винта и качество резьбы обычно оказывается больше, чем часть шага, соответствующая толщине штриха.
Микрометр
Микрометр представляет собой жесткую металлическую скобу одна сторона, которой снабжена неподвижным зажимом, а вторая подвижным зажимом, связанным с микрометрическим винтом.