Lab 102 — ไฮโดรมิเตอร์และการลอย (3D)

🎯 สิ่งที่ต้องวัด: ความลึกที่หลอดจม h — อ่านสเกลในหลอด (0 = ปลายก้นหลอด) ตรงระดับผิวของเหลว เมื่อหลอดหยุดกระเพื่อม · มวลรวม m ทราบค่า — รายละเอียดวัตถุประสงค์อยู่ในแท็บ 📋 วิธีการทดลอง

🖐 ลากหลอดกดลงหรือยกขึ้นแล้วปล่อย — หลอดจะกระเพื่อมแล้วกลับไปลอยนิ่ง · แตะจานลูกตะกั่วเพื่อหย่อนเพิ่ม 1 ลูก
🖱 ลากที่ว่าง = หมุนภาพ · ล้อ = ซูม · Shift+ลาก = เลื่อน
📱 1 นิ้ว = ลาก/หมุน · 2 นิ้ว = ซูม/เลื่อน

⚠️ โหลดไลบรารี 3D (three.js) ไม่สำเร็จ หรือเบราว์เซอร์นี้ไม่รองรับ WebGL
จึงอ่านสเกลในภาพ 3D ไม่ได้ — เปลี่ยนเป็นโหมด ⚡ อัตโนมัติ ในแผงด้านข้างเพื่อให้ระบบอ่านค่าให้

📝 บันทึกผลการวัด

① ของเหลว · มวลรวม m — ทราบค่า ② ความลึกที่จม h — สเกลในหลอด ณ ผิวของเหลว (ขีดละ 1 mm) cm

โหมดการทดลอง

ตารางบันทึกผลและของเหลวปริศนาที่ซ่อนไว้ไม่เปลี่ยน

🧭 ตอนนี้ต้องทำอะไร

🧪 ไฮโดรมิเตอร์ (ทราบค่า)

หลอดทดลองก้นกลม รัศมีภายนอก R = 1.00 cm ยาว 22.0 cm · หลอดเปล่า 6.00 g · ลูกตะกั่วลูกละ 2.00 g

ลูกตะกั่ว

4 ลูก

มวลรวม m

14.00 g

สถานะ

—

กระเพื่อม

—

💧 ของเหลวในกระบอก

หน่วย kg/m³ · เปลี่ยนของเหลวแล้วหลอดถูกย้ายไปกระบอกใหม่

📊 ผลที่บันทึกล่าสุด

ยังไม่มีการบันทึก — รอหลอดลอยนิ่ง อ่านสเกลที่ผิว แล้วกรอกในกรอบ “📝 บันทึกผลการวัด”

📋 ตารางบันทึกผล

สรุปจากกราฟของแต่ละของเหลว

📈 กราฟ h – m

🎯 ตรวจคำตอบ

ความหนาแน่นของเหลว Z = kg/m³

ทำนาย: ถ้าใส่ลูกตะกั่ว 10 ลูกแล้วลอยในแอลกอฮอล์ (790 kg/m³) หลอดจะจมลึกกี่ cm = cm

ρ_Z: คลาดไม่เกิน 3% · คำทำนาย: คลาดไม่เกิน 0.3 cm · โหมดวัดเองไม่แสดงค่าจริง

วัตถุประสงค์

เมื่อจบการทดลองนี้ นักเรียนสามารถ

อธิบายเงื่อนไขการลอย: วัตถุลอยนิ่งเมื่อน้ำหนักเท่ากับแรงลอยตัว mg = ρgV_จม
หาความสัมพันธ์ระหว่างมวลของไฮโดรมิเตอร์กับความลึกที่จม และหาความหนาแน่นของของเหลวจากความชันของกราฟ
อธิบายว่าทำไมไฮโดรมิเตอร์จมน้อยในของเหลวหนาแน่นมาก และใช้หลักนี้วัดความหนาแน่นของของเหลว
หาความหนาแน่นของของเหลวปริศนา Z และทำนายความลึกที่จมในของเหลวที่ทราบค่า

อุปกรณ์ (เสมือนจริง)

หลอดทดลองก้นกลม รัศมีภายนอก 1.00 cm ยาว 22.0 cm มีกระดาษสเกลขีดละ 1 mm อยู่ภายใน (0 = ปลายก้นหลอด) · มวลหลอดเปล่า 6.00 g
ลูกตะกั่ว ลูกละ 2.00 g (ใส่ได้ 0–20 ลูก)
กระบอกแก้วใส่ของเหลว: น้ำ 1000 · น้ำเกลือ 1200 · น้ำมันพืช 920 · แอลกอฮอล์ 790 kg/m³ · ของเหลวปริศนา Z

ขั้นตอน

ตอน ก: น้ำ

ใส่ลูกตะกั่ว 0, 4, 8, 12, 16 ลูก · ทุกครั้งรอให้หลอดหยุดกระเพื่อม กด 📏 สเกลที่ผิวของเหลว อ่าน h ตรงระดับผิว · บันทึก
ลองกดหลอดลงแล้วปล่อย สังเกตว่าหลอดกลับมาลอยที่ระดับเดิม เพราะเหตุใด

ตอน ข: ของเหลวอื่น

ทำซ้ำอย่างน้อย 3 มวลในน้ำเกลือหรือแอลกอฮอล์ · เปรียบเทียบความชันของกราฟ

ตอน ค: ของเหลวปริศนา Z

วัดอย่างน้อย 3 มวล · ρ_Z = 1/(ความชัน × A) โดย A = πR² · กรอกคำตอบ

⚠️ อ่าน h จากสเกลในภาพ 3D เอง — โหมดวัดค่าเองไม่บอกตัวเลข · ก้นหลอดกลม ปริมาตรส่วนล่างน้อยกว่าทรงกระบอก เส้นกราฟ h – m จึงไม่ผ่านจุดกำเนิด (ตัดแกนที่ R/3) ให้ใช้ความชัน ไม่ใช่ h/m ของจุดเดียว · ใส่ตะกั่วมากเกินไปหลอดจะจมมิด

ตารางบันทึกผล (ตัวอย่างหัวตาราง)

ของเหลว | จำนวนลูกตะกั่ว | m (g) | h (cm) | V_จม = m/ρ (cm³)

คำถามท้ายการทดลอง

หลอดลอยอยู่ได้เพราะแรงอะไรเท่ากับแรงอะไร
หลอดเดียวกัน ลอยในน้ำเกลือจมลึกกว่าหรือตื้นกว่าในน้ำ
ถ้าต้องการไฮโดรมิเตอร์ที่อ่านความหนาแน่นได้ละเอียดขึ้น ควรทำก้านให้เล็กลงหรือใหญ่ขึ้น
เรือบรรทุกสินค้าแล่นจากทะเลเข้าแม่น้ำ เรือจะจมลึกขึ้นหรือตื้นขึ้น

1. เงื่อนไขการลอย

ลอยนิ่ง: F_B = mg → ρ g V_จม = m g → V_จม = m / ρ
ถ้ากดลงแล้วปล่อย V_จม มากขึ้น แรงลอยตัวมากกว่าน้ำหนัก หลอดจึงถูกดันกลับขึ้น (และกระเพื่อมก่อนหยุดนิ่ง)

2. ความลึกที่จมของหลอดก้นกลม

ก้นครึ่งทรงกลม + ทรงกระบอก: V_จม = ⅔πR³ + πR²(h − R)
h = m/(ρ A) + R/3 (A = πR²)
กราฟ h กับ m: ความชัน = 1/(ρA) · จุดตัดแกน h = R/3
ρ = 1 / (ความชัน × A) · หน่วย g/cm³ × 1000 = kg/m³

💡 แบบจำลอง: g = 9.8 m/s² · หลอดตั้งตรงเสมอ (ตะกั่วอยู่ก้นหลอด) · การกระเพื่อมขึ้นลงคำนวณจากแรงลอยตัวจริงบวกแรงหน่วงของของเหลว · ไม่คิดแรงตึงผิวที่ก้านหลอดและความหนาของผนังแก้ว · ความหนาแน่นของของเหลว Z สุ่มต่อการเปิดหน้า