какую физическую величину измеряет секундомер

Секундомер. Виды и работа. Применение и особенности

Секундомер – это точный прибор, который применяется для измерения интервала времени с погрешностью в доли секунды. Он имеет широкое применение в различных сферах. По принципу действия данное оборудования похожее на часы, но является более узкоспециализированным, поскольку не показывает текущее время, а только засекает период с точки отсчета и до момента остановки.

Где используется секундомер:

С помощью секундомера можно измерить, сколько времени затрачивается на выполнение определенной операции с момента ее начала и до окончания. Чтобы это сделать, достаточно нажать кнопку на устройстве при старте и остановить отсчет при окончании. В результате прибор покажет сколько времени было затрачено. Особенно часто прибор используется в спорте и при проведении конкурсов, когда результаты соревнований определяются по времени. В первую очередь это автогонки, бег, плавание, бобслей и прочие виды состязаний.

Хотя довольно часто секундомеры встроены в обычные наручные часы, но подобное оборудование является не столь удобным. В часах нет комфортной кнопки для быстрой остановки отсчета при окончании измеряемого периода. Высокая точность бывает очень важной, особенно в автогонках, где зачастую победителя определяют доли секунды.

Виды секундомеров

Секундомер является старинным точным оборудованием, которое начало применяться с конца 17 века. Задолго до него продолжительность определенных операций осуществлялось с помощью песочных часов. Подобные примитивные установки не давали точного понимания о том, сколько времени было затрачено, поэтому для решения данного вопроса ученые пытались создать механическое устройство, которое не имело бы подобных недостатков. Постепенно это действительно удалось. На данный момент существует две разновидности секундомеров – механические и электронные.

Механический секундомер

Стал первым точным оборудованием для измерения промежутка времени. Даже в самом лучшем исполнении они обладают точностью в одну десятую секунды. В большинстве случаев этого более чем достаточно. Использование такого оборудования не требует особых навыков.

Простейшие устройства не имеют источника питания, поэтому для обеспечения движения стрелки необходимо предварительно завести пружину, которая обеспечивает движения механизма. Для этого в устройстве предусматривается одна кнопка, которая проворачивается за часовой стрелкой от себя. Когда механизм заведен, прибор может применяться для измерений. Чтобы начать отсчет необходимо нажать на эту же кнопку. В результате стрелка начнет вращаться. Каждый ее оборот по оси будет равен 1 минуте. При необходимости остановить время нужно нажать на эту же кнопку. Это отсоединит стрелку от механизма вращения. Далее оператор сможет определить, сколько времени было затрачено. Чтобы обнулить данные необходимо нажать на эту же кнопку третий раз.

Существуют также более сложные варианты, которые появились уже в середине 20 века. Они имеют три кнопки. Первая обеспечивает старт отсчета, вторая остановку, а третья обеспечивает обнуление. Дорогие механические устройства позволяют обеспечивать фиксацию на нескольких показателях. Иногда такие приборы имеют 2-3 циферблата со стрелками. При нажатии на одну кнопку начинается отсчет на каждом из них. Кнопка остановки при нажатии сначала прекращает вращение стрелки на одном циферблате, при повторном нажатии – на втором, и так далее.

Фактически один циферблат соответствует одному спортсмену. В результате можно точно зафиксировать время каждого из них, если количество участников соответствует числу таких циферблатов. Подобная конструкция дорогостоящая в изготовлении, поэтому от таких секундомеров отказались, как только появились электронные модели. Такие приборы больше напоминали настольные часы.

Применение механического секундомера имеет и недостаток. Зачастую он оснащается двумя циферблатами. Большой указывает на продолжительность в минутах, а маленький на секунды. После окончания 1 часа с момента начала измерения данные обнуляются. Если не следить за временем, то спустя полтора часа посмотрев на циферблат можно подумать, что прошло всего 30 минут. Механические модели разделяются по классу точности. Они бывают первого, второго и третьего класса. Первый класс является самым точным. Стоит учитывать, что механизм устройства механического типа постепенно изнашивается, поэтому с годами его точность нарушается.

Электронный секундомер

Является более совершенным устройством. Точность его измерение в 10 раз выше, чем у механических. Именно такое оборудование применяется в лабораториях, а также на ответственных спортивных состязаниях, где проводится фиксирование рекордов. Подобные приборы обладают памятью. Они могут сохранять множественные нажатия кнопки фиксации, и получаемые в результате показатели будут соответствовать спортсменам, которые прибыли первыми, вторым, третьим и так далее. Электронные секундомеры не имеют стрелки, а все показатели выводятся на экран. Они работают от обычной батарейки, иногда встречаются модели с аккумулятором, который нужно заряжать, так же как и мобильные телефоны.

Стоит отметить, что в электронном исполнении секундомер не всегда является ручным устройством. Бывают секундомеры в стационарном варианте оснащенные лазером. Такое устройство останавливает отчет при прохождении объекта по траектории свечения его лазера. Это обеспечивает более точную остановку времени, чем в тех случаях, когда происходит нажатие кнопки оператором. Это позволяет исключить человеческий фактор, поскольку у каждого скорость реакции отличается. Таким образом, при ручной остановке теряются доли секунды.

Электронные виды секундомеров часто делают водонепроницаемыми. Подобные устройства являются весьма востребованными при занятии подводными видами спорта, когда необходимо контролировать продолжительность задержки дыхания. Ими пользуются фридайверы, подводные охотники и пловцы.

Способы ношения

Секундомеры, предназначенные для ручного использования выпускаются в двух вариациях. Они бывают наручными и на шнурке. Наручные устройства выполнены в виде часов с ремешком, которые фиксируются на кисте. Также существует тренерский вариант, когда секундомер оснащается шнурком для подвешивания на шею. Использование такой модели неудобно, если измерения проводятся тем же человеком, который и проводит выполнение каких-либо действий на время. Если осуществлять бег, то устройство постоянно бьется о грудь, а удерживать его в руке не всегда удобно, особенно если при езде на лыжах.

Другие устройства с функцией секундомеров

Секундомер больше относится к профессиональному оборудованию, которое хоть и стоит недорого, но не всегда его покупка является целесообразной. К счастью, существуют другие устройства, которые обладают функцией секундомера. Это позволяет проводить также точное измерение времени, хотя и с меньшим удобством. Если прибор эксплуатируется нечасто, то вполне можно обойтись и таким упрощенным вариантом.

В первую очередь секундомеры могут заменить обычные наручные часы, поскольку они практически всегда оснащаются такой функцией. Для этого нужно перейти в специальное меню, предварительно нажав кнопку вызова даты. Функция секундомера присутствует не только в электронных, но и многих механических часах. Для этого у них предусмотрен маленький циферблат со стрелкой, который начинает вести отсчет при переключении на него. Стоит отметить, что он очень маленький, поэтому если зрение плохое, то с предельной точностью определить, на какую именно цифру указывает стрелка после остановки довольно сложно.

Также функция отсчета имеется в любом мобильном телефоне. Она есть не только в современных смартфонах, но и старых кнопочных телефонах, возраст которых превышает 10 и более лет. Стоит отметить, что их точность на порядок выше даже чем у специализированного механического секундомера низкого ценового сегмента. Использование телефонов для измерения времени не всегда удобно, поскольку если экран погаснет и заблокируется, то чтобы остановить отчет потребуется предварительно его разблокировать. Если такое случиться, то достигнув финиша, проконтролировать свое время сразу же не удастся, поскольку уйдет как минимум пару секунд на вход в меню секундомера.

Также функция секундомера имеется в декомпрессиметре. Данное оборудование также называют подводным компьютером дайвера. Такой прибор имеет расширенные функции. Во-первых, он водонепроницаемый, а кроме этого сам начинает высчитывать время без необходимости нажатия на кнопку. Принцип его работы заключается в том, что специальные датчики при погружении под воду ощущая давление начинают отчет. Прибор действует не только как секундомер, но и как таймер. По достижении определенного времени, которое задано заранее, производится звуковой или вибросигнал, сообщающий о необходимости всплытия. После этого ныряльщик поднимается на поверхность. Как только давление уходит, декомпрессиметр начинает новый отсчет, замеряя продолжительность нахождения на поверхности. Наличие подобного оборудования позволяет оптимизировать очередность погружений и отдыха.

Источник

Измерение физических величин.

Для обозначения физических величин используются буквы латин­ского и греческого алфавитов.

Скалярные величины — величины, которые полностью характе­ризуются числовым значением и единицей измерения. Например: время, путь, масса, температура, сила тока и т. д.

Векторные величины — величины, которые полностью характе­ризуются числовым значением, единицей измерения и направлением в пространстве. Например: перемещение, скорость, ускорение, сила, импульс и т. д.

Каждая физическая величина = Числовое значение х Единица измерения

Измерение физической величины:

для определения числового значения необходимо с помощью измери­тельного прибора сравнить физическую величину с однородной вели­чиной, принятой за единицу измерения.

Результат измерений физической величины = Видимый результат ± Погрешность

Пример измерительного прибора

Характеристики прибора и результат измерений

Измерительные приборы.

Название прибора, что измеряет.

Внешний вид прибора.

Примечание

Амперметр измеряет силу тока

Включается в цепь последовательно; «+» источника присоединения к «+» амперметра

Барометр измеряет атмосферное давление

Определяет давление и в паскалях, и в миллиметрах ртутного столба

Вольтметр измеряет напряжение

Включается параллельно к изучаемому элементу цепи; «+» источника присоединяется к «+» вольтметра

Весы измеряют массу тел

Перед взвешиваем обязательно уравновесьте весы.

Динамометр измеряет силу (в том числе вес)

Подвесив груз, определяем числовые значения сразу трех сил: силу упругости, силу тяжести, вес тела.

Линейка измеряет длину

Для больших расстояний можно использовать разновидность линейки: рулетку

Манометр (жидкостный) измеряет давление, отличающееся от атмосферного

Если уровни жидкости в двух коленах манометра равны, то давление газа в колбе равно атмосферному. В данном случае давление газа в колбе меньше атмосферного на ρgh, где h (м) – разность в уровнях

Металлический манометр измеряет давление, отличающееся от атмосферного

Необходимо учитывать, что манометры могут быть проградуированы в мм рт. ст., в атм., в Па

Психрометр позволяет определить относительную влажность воздуха.

Для определения относительной влажности необходимо определить показания сухого и влажного термометров и воспользоваться психометрической таблицей

Термометр служит для определения температуры

Температура может измеряться не только в градусах Цельсия (ºС), но и в Кельвинах (К) и в градусах Фаренгейта (ºF)

Секундомер измеряет время

Маленький циферблат секундомера измеряет количество минут

Спидометр определяет числовое значение скорости

Обычно спидометры определяют скорость в км/ч

Мензурка измеряет объем жидкости

Мензуркой также можно объем твердого тела неправильной формы.

Источник

Лабораторная работа № 1 Исследование равноускоренного движения с использованием электронного секундомера

Ищем педагогов в команду «Инфоурок»

Лабораторная работа № 1

Исследование равноускоренного движения с использованием электронного секундомера

Оборудование: наклонная плоскость, штатив, брусок, грузы, 3 пары магнитных датчиков, 3 электронных секундомера, источник постоянного тока.

1. С помощью эксперимента сформировать понимание алгоритма определения мгновенной скорости как предела измерения средней скорости за малый промежуток времени. Определить мгновенную скорость тела при скатывании с наклонной плоскости.

2. Определить ускорения тела, движущегося по наклонному желобу.

3. Проверка гипотезы: при движении бруска по наклонной плоскости скорость прямо пропорциональна пути.

4. Проверка гипотезы: при движении бруска по наклонной плоскости время перемещения на определенное расстояния тем больше, чем больше масса бруска.

Описание устройства и принципа действия прибора.

Внешний вид используемого оборудования представлен на рис. 1. Наклонная плоскость (1), используемая в работе, на верхней поверхности имеет желоб, по которому может перемещаться брусок (5) с грузами (4), и измерительную линейку для определения пройденного пути (или координаты тела). На боковой поверхности расположена магнитная лента (7) для крепления датчиков.

В установке наклонная плоскость опирается на горизонтальный стержень, таким образом, чтобы начало измерительной шкалы ее линейки располагалось сверху. Стержень закрепляется в штативе (3) на высоте 12-15 см.

Для регистрации промежутков времени в установке используется электронный секундомер, который включается и выключается парой магнитных датчиков (2). Магнитные датчики устанавливаются на боковой магнитной ленте наклонной плоскости и подключаются к секундомеру с помощью специального разъема. При подключении датчиков на секундомере появляются нули, разделенные точкой, которая отделяет доли секунды. Кнопка «пуск» в этой работе не используется, кнопка «сброс» используется для подготовки его к новым измерениям.

Для определения мгновенной скорости тележки выбирается произвольная точка на пути ее движения.

В данной работе на боковой магнитной полоске закрепляются 3 пары магнитных датчиков. Один из датчиков каждой пары устанавливается выше выбранной точки, три остальных датчика располагаются ниже в обратном порядке в соответствии с рисунком см. рис.1).

Брусок устанавливается на наклонную плоскость таким образом, чтобы сторона с магнитом (6), была обращена к датчикам, и затем скатывается с нее.

Задание 1. Измерение мгновенной скорости с использованием секундомера.

Мгновенной скоростью называют скорость, которую имеет тело в данной точке траектории. Определяют её по отношению достаточно малого перемещения, совершенного при движении через эту точ ку, к интервалу времени, за которое перемещение совершилось. Фактически так измеряют среднюю скорость движения вблизи выбранной точки траектории. Поэтому, если скорость непрерывно меняется, точность этого способа будет зависеть от того, насколько малый временной интервал удастся замерить. Объясняется это тем, что чем меньше время движения, тем меньше успеет измениться его скорость, и, следовательно, точнее измеренное значение скорости будет соответствовать её истинному значению.

1. Соберите установку в соответствии с рисунком 1.

2. Перечертите в тетрадь данную ниже таблицу1.

Источник

Физические величины. Измерение физических величин. Точность и погрешность измерений

Цели урока:

1) Обучающая: обеспечить формирование у учащихся представлений о физической величине, обеспечит усвоение учащимися теоретических знаний об основных характеристиках физической величины, познакомить учащихся с простейшими измерительными приборами, научить определять цену деления и точность отсчета при использовании различных шкал.

2) Развивающая: способствовать расширению кругозора учащихся о физике; умение находить некоторые закономерности; развитие памяти, самостоятельного суждения.

3) Воспитывающая: интерес, любознательность, наблюдательность, аккуратность в записях.

Ход урока:

1. Организационный этап.

Здравствуйте. Прежде чем мы приступим к уроку, хотелось бы, чтобы каждый из вас настроился на рабочий лад.

2. Актуализация знаний

Прежде чем начинать наш с вами уже второй урок в курсе Физики, хотелось бы вспомнить то, о чем мы говорили на предыдущем занятии.

Мы ввели понятие «Физическое тело». Что же это? Это любой предмет, окружающего нас мира.

Физическое явление — все изменения, которые происходят с физическими полями и телами.

Для описания физических тел и физических явлений используют физические величины.

Например, для описания деревянного бруска нам необходимо использовать такие физические величины как масса, длина, ширина, высота, объем.

Откройте тетради и запишите число и тему нашего урока.

3. Этап получения новых знаний.

Для описания физических тел и физических явлений используют физические величины.

Например, для описания деревянного бруска нам необходимо использовать такие физические величины как масса, длина, ширина, высота, объем.

То есть физическая величина это то, что мы можем измерить. Измеряемое свойство тела или явления.

Каждая физическая величина имеет название, например масса; Буквенное обозначение (массу обозначают латинской буквой эм), способ измерения (с помощью весов), числовое значение (например, масса человека равна 45), и единицы измерения (кг). Получаем, масса тела равна 45 кг.

Для каждой физической величины приняты свои единицы измерения. Для удобства все страны мира стремятся пользоваться одинаковыми единицами измерения физических величин. С 1963 года во многих странах мира используется Международная система единиц — СИ (система интернациональная). В этой системе основной единицей длины является метр, времени — секунда, массы — килограмм.

Существует единицы, которые в 10, 100, 1000 раз больше принятых. Такие единицы называет кратными, и именуются с соответствующими греческими приставками. Например, десяти соответствует приставка «дека», стам — «гекто», тысячи — «кило».

Если используют единицы, которые в 10, 100, 1000 раз меньше принятых единиц (это дольные единицы), то используют приставки, взятые из латинского языка. «Деци» — ноль целых одна десятая, «санти» — ноль целых одна сотая, «милли» — ноль целых одна тысячная.

Измерения очень важны в нашей жизни, для их проведения необходимы измерительные приборы. Самые простые приборы для измерения длины линейка, рулетка, мерная лента.

Для измерения объема жидкости мензурка, мерный цилиндр, мерная колба.

Для измерения температуры используют комнатный, водный, медицинский термометры. Медицинский, в свою очередь, бывает электронный и ртутный.

Существуют и другие измерительные приборы. Например, времени секундомер, часы. Силы — динамометр. Давления, атмосферного — барометр, газов в сосуде — манометр.

Приборы делят на шкальные и цифровые. Каждый шкальный прибор имеет шкалу и цену деления.

Шкала измерительного прибора называют совокупность отметок и цифр на отсчетном устройстве прибора, соответствующая ряду последовательных значений измеряемой величины

Цена деления — значение наименьшего деления шкалы прибора.

Для определения цены деления шкалы нужно от большего числа, соответствующего какому — либо делению шкалы, вычесть меньшее и полученную разность поделить на число делений между цифрами. Получаем 0,1 сантиметра на деление.

Какой же прибор точнее, цена деления которого меньше или больше?

Рассмотрим мерную ленту А) и линейку б). У обоих приборов единицы измерения совпадают!

Для нахождения цены деления мерной ленты возьмем два рядом стоящих значения на шкале, от большего вычтем меньшее и разделим на количество делений между данными цифрами. Получим, 1 сантиметр на деление.

Также определим цену деления для линейки. Количество делений в данном случае 10. Получим, ноль целых одна десятая сантиметра на деление.

Точнее тот прибор у которого цена деления меньше. Значит данная линейка точнее мерной ленты.

То есть, имея меньшую цену деления, мы меньше ошиблись.

Чему же равна погрешность измерительных приборов?

Погрешность равна половине цены деления.

Например, погрешность при измерении температуры равна половине цены деления данного термометра.

Найдем ее: для этого определим цену деления термометра.

Берем два любых значения, например 20 и 10, от большего вычтем меньшее значение и разделим на количество делений между ними, их пять. Получили, что она равна 2 градуса на деление.

Значит погрешность равна 1 градус.

Как же это записать?

T = 20±1 C, где 20 — показания термометра, 1 — погрешность, знак полюс минус использует потому, что ошибиться можно как в большую так и в меньшую сторону.

При записи величин с учетом погрешности следует пользоваться формулой, где

А — измеряемая величина,

а — результат измерений,

Так что же значит измерить физическую величину?

Измерить физическую величину — значит сравнить ее с однородной величиной, принятой за единицу.

Например, чтобы измерить длину отрезка прямой между точками, А и В, надо приложить линейку и по шкале определить сколько сантиметров укладывается между данными точками.

Если физическая величина измеряется непосредственно путем снятия данных со шкалы прибора, то такое измерение называют прямыми. Например, измерение длины бруска, ширины или высоты бруска.

А как же определить объем этого самого бруска. Конечно же, используя формулу. Объем есть произведение длины, ширины и высоты.

В этом случае, когда физическую величину (объем), определили по формуле, говорят, что измерения провели косвенно.

3. Этап обобщения и закрепления нового материала.

Итак, сделаем основные выводы:

— Физическая величина — измеряемое свойство тела или явления

— Каждый шкальный прибор имеет шкалу и цену деления

— Шкала измерительного прибора — это совокупность отметок и цифр на отсчетном устройстве прибора, соответствующая ряду последовательных значений измеряемой величины

— Цена деления (С) — значение наименьшего деления шкалы прибора

— Для определения цены деления шкалы нужно от большего числа, соответствующего какому- либо делению шкалы, вычесть меньшее и, разность поделить на число делений между цифрами

— Погрешность измерительных приборов равна половине цены деления

Для закрепления, изученного материала, ответим на ряд вопросов.

Что такое физическая величина? Какие основные физические величины входят в систему СИ? Какие шкальные измерительные приборы вам известны? Какие цифровые измерительные приборы вам известны? Перечислите приборы для измерения длины, времени, температуры. Что такое цена деления? Как определить цену деления прибора? От чего зависит точность измерения? Что необходимо учитывать при выборе измерительного прибора? Чем отличаются кратные и дольные единицы? Что значит измерить косвенно или прямым способом?

4. Рефлексия.

Хотелось бы услышать ваши отзывы о сегодняшнем уроке: что вам понравилось, что не понравилось, чем бы хотелось узнать еще.

5. Домашнее задание: § 4- 5.

1. Из перечисленных приборов выбрать а) шкальные, б) цифровые.

Линейка, весы электронные, напольные (не электронные весы), секундомер, часы наручные механические, часы электронные настенные, динамометр, мензурка, мерный стаканчик, барометр, манометр.

2. Определить цену деления данного прибора.

3. Определить цену деления данного термометра.

4. Определить цену деления и погрешность данной линейки.

5. Какая из данных мерных лент более точная? Почему? Чем точнее можно измерить длину стола линейкой или мерной лентой? Почему?

Источник