آشنايی با طرز استفاده از کوليس ، ريز سنج ، گوی سنج

آشنايی با وسايل اندازه گيری

هدف آزمايش :

آشنايی با طرز استفاده از کوليس ، ريز سنج ، گوی سنج

- مقدمه

فيزيک را علم اندازه گيری نيز می نامند. وسايلی که در فيزيک برای اندازه گيری بکار می روند بسيار متنوع اند ، اما وسايلی که در آزمايشگاه مقدماتی بکار می روند نسبتا ساده و تعداد آنها محدود است. نوع وسيله ای که برای يک اندازه گيری خاص انتخاب می شود ، بستگی به اندازه آن کميت و دقت لازم برای اندازه گيری آن دارد . در شروع کار آزمايشگاهی ، قبل از هر چيز بايد با وسايل اندازه گيری به ويژه اندازه گيری طول که مبنای اغلب سنجشهاست آشنا شد. در ادامه به معرفی کوليس ، ريز سنج ، گوی سنج می پردازيم .

کوليس

- تاريخچه کوليس

در سال ۱۹۴۹ فردی به نام ميتوتويو اولين پروانه ساخت کوليس را کسب کرد و توليد آن را در همان سال در کارخانه ميزونوکوچی (Mizonokuchi) در شهر کاوازاکی ژاپن شروع کرد. در سال ۱۹۵۳ کارخانه آن به اوتسونوميا (utsonomiya) انتقال يافته و توليد انبوه آن شروع شد.در سال ۱۹۵۶ اين فرد اولين کسی بود که موضوع استفاده از فولاد ضد زنگ را برای ساخت کوليس مطرح کرد. ۷ سال بعد در سال ۱۹۶۳ ميتوتويو بيش از يک ميليون کوليس توليد کرد. در همان سال توليد کوليس ساعتی آغاز شد و به دنبال آن کوليس‌های ديجيتالی و سپس کوليسهای ضد زنگ که در مقابل آب و روغن مقاوم بودند توليد شد. کوليس‌های کار سنگين که طول ۴۵۰ ميليمتر و بيشتر را اندازه‌گيری می‌کنند از سال ۱۹۶۱ ساخته شدند. امروزه کوليس‌هايی که طول ۲۰۰۰ ميليمتر را اندازه‌ می‌گيرند نيز توليد می‌شود. بدنه اين نوع از کوليس‌ها از فيبرهای کربنی است تا سبک باشند و معضل بزرگ اين کوليس‌ها که سنگينی آنها است را بدين‌گونه رفع کرده‌اند.

- اجزای کوليس

G تيغه نهايی D شاخک خارجی

R خط کش C شاخک خارجی

W زايده زير ور E شاخک داخلی

L پيچ تثبيت F شاخک داخلی

- روش کار کوليس

قطر داخلی و خارجی يک لوله را نمی‌توان با دقت و به آسانی با يک خط کش مدرج اندازه گرفت. برای اندازه گيری دقيق‌تر آنها از کوليس استفاده می‌شود. کوليس از ترکيب يک خط کش مدرج و يک ورنيه متحرک درست شده است. خط کش ورنيه دارای دو شاخک است شاخک‌های کوچک برای اندازه گيری قطر داخل و شاخک‌های بزرگ برای اندازه گيری قطر خارجی اجسام بکار می‌رود. خط کش برحسب میلیمتر مدرج شده ورنيه دارای درجه بندی کوچکی است که اغلب شامل 10 قسمت بوده و معادل 9 ميليمتر است يعنی 9 ميليمتر در روی خط کش کوچک‌تر است. با اين نوع کوليس به آسانی می‌توانيم تا 1.10 ميليمتر را اندازه بگيريم. دقت اندازه گيری کوليس از تقسيم کردن يک درجه خط کش به تعداد تقسيمات ورنيه به دست می‌آيد.برخی از انواع کوليسها برای اندازه گيری عمق يک تيغه باريک دارند که به ورنيه متصل است و با آن حرکت می‌کند. اگر صفر ورنيه بر صفر خط کش منطبق باشد انتهای تيغه بر انتهای خط کش منطبق می‌گردد در صنعت برای اندازه گيری قطر گلوله و سيلندر و پيستون و طول وسايل مختلف از انواع کوليس‌ها با بزرگی‌های مختلف استفاده می‌شود.

- اندازه گيری قطر يا طول

جسمی را که منظور تعيين طول با قطر خارجی آن است در بين شاخک‌های ثابت و متحرک بزرگ قرار می‌دهند بطوری که هر دو شاخک با بدنه جسم تماس داشته باشند سپس به کمک ورنيه و خط کش اندازه طول يا قطر گلوله را تعيين می‌کنند. درجات را از روی خط کش (عددی که صفر ورنيه در مقابل آن قرار دارد و يا از آن گذشته است) و کسر درجات را از روی ورنيه می‌خوانند برای کسر درجات از درجات ورنيه را پيدا می‌کنند که درست در برابر يکی از درجات خط کش قرار گرفته است.

- اندازه گيری قطر داخلی

برای اندازه گيری قطر داخلی مثلا قطر يک لوله دو شاخک بالايی را در داخل لوله فرو می‌برند و ورنيه را برای خط کش آنقدر جابجا می‌کنند تا دو شاخک با جدار داخلی لوله تماس پيدا کنند. کوليس تا حدی در داخل لوله می‌چرخانند تا دو شاخک بر قطر لوله منطبق گردد. در اين حالت قطر داخلی را با روش قبلی از روی خط کش و ورنيه می‌خوانند.

- ريز سنج

ضخامت ورقه‌های نازک و سيم‌های نازک را با اسبابی به نام ريز سنج اندازه می‌گيرند اين اسباب از ترکيب يک پچ و يک مهره مدرج ساخته شده است. در اين وسيله ، مهره استوانه‌ای است تو خالی که سطح خارجی آن مدرج شده است. اين استوانه به کمانی متصل است در انتهای ديگر کمان زايده‌ای وجود دارد که به آن سندان می‌گويند. پيچ در داخل کلاهکی قرار دارد و در داخل مهره حرکت می‌کند، کلاهک پيچ بر روی سطح خارجی مهره جابجا می‌شود. در صورتی که پای پيچ 0.5 ميليمتر باشد دور کلاهک پيچ به پنجاه قسمت و اگر پای پيچ يک ميليمتر باشد دور کلاهک پيچ به صد قسمت تقسيم می‌شود به آن قسمت از پيچ که از داخل مهره خارج شده و در داخل کمان جابه جا می‌گردد زباله می‌گويند.اگر پيچ يک دور بپيچد در نوع اول زباله ريزسنج نيم ميليمتر جابجا می‌شود بنابراين وقتی پيچ به‌اندازه يک درجه بپيچد دهانه ريزسنج به ‌اندازه يک صدم ميليمتر باز يا بسته می‌شود. بنابراين با استفاده از ريزسنج دقت‌اندازه گيری تا ميليمتر بالا می‌رود.

- اجزای ريز سنج

H پيچ هرزگرد F قسمت کمانی شکل

T ميکرومتر R پايه متحرک

S خط کش ميلی متری A سندان

- روش کار ريز سنج

برای اندازه گیری جسم مورد نظر را از بين زبانه و سندان قرار می‌دهند و پيچ کلاهک آنقدر می‌چرخانند تا جسم با زبانه و سندان تماس پيدا کند. برای چرخاندن کلاهک پيچ ، پيچ هرز گرد را می‌پيچانند پس از تماس با زبانه با جسم ، پيچ هرز گرد صدا می‌کند. با شنيدن صدا عمل پيچاندن را متوقف می‌کنند. در غير اين صورت از حساسيت اسباب کاسته می‌شود درجات ميليمتر داروی مهره و درجات صدم ميليمتر را از روی کلاهک پيچ می‌خوانند . درجه‌ای از کلاهک پيچ خوانده می‌شود که در امتداد خط افقی مهره قرار دارد.

گوی سنج

گوی سنج وسيله است برای اندازه گيری شعاع انحنای سطوح مقعر يا محدب. اين وسيله دارای سه پايه ی ثابت ويک پايه ی متحرک در وسط است . قسمت اندازه گيرنده ی آن ، که بر اساس مقايسه ی بين دو دستگاه متريک است ، معمولا به دو صورت طراحی می شود : يا مطابق شکل 1 است ، يا مطابق شکل 2 . سيستم قرائت گوی سنج نشان داده شده در شکل 1 مانند ريزسنج است که در بخش قبلی شرح داده شد . شيوه ی خواندن گوی سنج مربوط به شکل 2 به صورت زير است :

· خط کشی برحسب ميلی متر ، که مبدا آن در وسط است و دو تقسيم بندی به اندازه ی 10 ميلی متر در بالا و پايين اين مبدا قرار دارد ، اين خط کش روی پايه ی دستگاه سوار است .

· محوری ديسک مانند ، که عمود بر خط کش است و دارای 100 قسمت مساوی است که هر قسمت نماينده ی0.01 ميلی متر است .

توجه : اخيرا در آزمايشگاههای فيزيک ، از گوی سنجی با دقت 001. ميلی متر استفاده می شود .

به منظور قرائت عدد مورد نظر ، ابتدا از صفر خط کش تا جايی که بر خط کش مماس شده است ، برحسب ميلی متر ، قرائت کرده و عدد را يادداشت می کنيم . سپس عددی از ديسک را که مماس بر خط کش است ، بر حسب صدم ميلی متر قرائت کرده ، و اين عدد را با عدد قبلی جمع می کنيم .

- اجزای گوی سنج و روش اندازه گيری با گوی سنج

در عمل ابتدا سه پايه ی ثابت را بر روی سطح صافی مانند شيشه قرار داده و با پيچ تنظيم دستگاه ، پايه ی متحرک را نيز بر سطح صاف مماس کرده و عددی را که گوی سنج نشان می دهد ، به طريقی که گفته شد قرائت کرده و يادداشت می کنيم . سپس سه پايه ی ثابت را روی سطح مورد نظر ، محدب يا مقعر ، قرار داده و پايه ی متحرک را بر سطح مورد نظر مماس کرده و مجددا عددی را که گوی سنج نشان می دهد ، يادداشت می کنيم . تفاضل اين دو عدد را باh نمايش می دهيم.

M ديسک

N پيچ تنظيم

A B C پايه ی ثابت

D پايه متحرک

اکنون شعاع دايره را که از سه پايه ی ثابت تشکيل شده است ، به يکی از دو روش زير به دست می آوريم :

· در حالتی که هر چهار پايه در يک سطح قرار دارند ، فاصله ی هر يک از سه پايه ی ثابت تا پايه ی متحرک وسطی را اندازه گرفته ، با يکديگر جمع زده ، و بر عدد 3 تقسيم می کنيم .