A szöveg csak Firefox böngészőben jelenik meg helyesen. Használja a fenti PDF file-ra mutató link-et a letöltésre. A sűrűség mérése elvben visszavezethető tömeg és térfogat mérésére. A tömeg kellően pontos mérleggel könnyen megoldható. (Több versenyző is közeli gyógyszertárba ment be, és ott kérte, hogy mérjék meg a patikai mérlegen a pingponglabda tömegét.) A térfogat mérése sem látszik nehéz feladatnak, ha egy szabályos test (pl. egy gömb) térfogatát kell meghatároznunk. Tolómérővel vagy mikrométerrel tized- vagy századmilliméter pontossággal lemérhető egy pingponglabda külső átmérője. (Sokan rájöttek, hogy ilyen pontosság mellett már egyáltalán nem biztos, hogy a labda ,,gömbölyű''; a különböző irányokban mért átmérője általában eltérő nagyságúnak adódik.) Többen félreértették a kérdést, és a sűrűségét a labda tömegének és a külső átmérőből számított gömb térfogatának hányadosaként adták meg. Ez a mennyiség a labda és a benne levő levegő átlagsűrűségét adja meg (kb. -t), ami nyilvánvalóan különbözik a labda anyagának sűrűségétől. Az is hibásan járt el, aki a labda mérlegen mért tömegéből kivonta a benne levő levegő (labda térfogatából és a levegő sűrűségéből kiszámítható) tömegét. A mérleg ugyanis nem méri a labdában levő levegőt, hiszen annak súlya éppen akkora, amekkora felhajtóerő hat a labdára a környező levegő miatt. (Feltételezhetjük, hogy a labdában levő levegő ugyanakkora sűrűségű, mint a külső légkör, továbbá, hogy a labda falának térfogata sokkal kisebb, mint a bezárt levegőé.) A labda falának sűrűségét a fal térfogatának ismeretében tudjuk kiszámítani. Sok versenyző félbe (vagy még kisebb darabokra) vágta labdát, s közvetlen méréssel (tolómérővel), vagy közvetett úton (a belső és a külső átmérő mért különbségéből) határozta meg a labda anyagának térfogatát. Mindkét módszer meglehetősen pontatlan, hiszen a labda fala viszonylag vékony, így a relatív hiba 20‐30% vagy még ennél is több lehet. Két ‐ majdnem egyforma átmérőjű ‐ gömb térfogatának különbsége sokkal kisebb, mint a gömbök térfogata, emiatt hiába ismerjük külön-külön viszonylag pontosan a gömbök átmérőjét (térfogatát), a különbség relatív bizonytalansága sokkal nagyobb lesz. A közvetlen vastagságmérést az is nehezíti, hogy a mikrométer henger alakú mérőfelülete nem fekszik fel a szétvágott labda belső oldalára. Ezt a problémát úgy lehetett volna megoldani, hogy egy kicsiny csapágygolyót érintünk belülről a labdához, s ezzel együtt mérjük meg a vastagságot, majd a mért értékből kivonjuk a csapágygolyó előzőleg megmért átmérőjét. A ,,gömbhéj'' térfogatának mérése a fentebb leírt módon még akkor is megkérdőjelezhető, ha kellő gondossággal végezzük el a falvastagság mérését. Többen felfigyeltek rá, hogy a labda fala nem egyenletes vastagságú, a mért vastagságadatok számottevő ,,szórást'' mutatnak. Ehhez járul még a két félgömbhéj összeragasztásánál megfigyelhető ,,abroncs'', melynek extra járulékát többen megpróbálták számítással figyelembe venni. Helyesebben jártak el azok, akik a labda falának térfogatát úgy mérték meg, hogy nem tettek semmiféle elméleti megfontolást a fal geometriai alakjára. Kállai Márton (Budaörs, Illyés Gy. Gimn. 12. o.t.) nyolc darabra vágott fel egy pingponglabdát, majd az összes darabot mérőhengerbe rakta. (Vigyázott rá, hogy a darabokat egymás után helyezze a hengerbe, nehogy levegő maradjon közöttük.) A mérőhengerrel mérni tudta a kiszorított víz térfogatát, ami (hacsak nem maradt parányi légbuborék a műanyagdarabkákon) megegyezik a labda falának térfogatával. Mérése szerint a labda anyagának sűrűsége , és a mérés pontosságát (a tömegmérés és a térfogatmérés pontosságából) 5%-ra becsülte. A mérés pontossága fokozható, ha a mérés előtt gondosan zsírtalanítjuk a labda darabkáit, ismert hőmérsékletű, kiforralt desztillált vízzel dolgozunk, és a folyadék térfogatának mérését felül elkeskenyített mérőedénnyel végezzük. Sokan végeztek előzetes sűrűség-becslést úgy, hogy a pingponglabda darabkáit vízbe dobták, s megfigyelték, hogy a darabkák lassan lesüllyednek. Ebből arra következtettek, hogy a labda anyagának sűrűsége egy kevéssel nagyobb, mint a víz sűrűsége. Bálint László (Temesvár, Bartók B. Líceum 10. o.t.) fokozatosan növelt koncentrációjú sós vizes oldatot készített, s figyelte, hogy elsüllyednek, felszállnak vagy éppen lebegnek-e az oldatban a pingponglabda darabkái. A határesetnek megfelelő töménységű sóoldat sűrűségét aerométerrel (úszó sűrűségmérővel) viszonylag pontosan meg tudta mérni, s a mért érték megadta a labda anyagának sűrűségét is. Hasonló módon járt el Flender Gyöngyi (Hajdúszoboszló, Hőgyes E. Gimn. 10. o.t.) is, aki a vasárnapi ebéd készítése közben figyelt fel arra, hogy a húslevesben a tésztagombócok a sózottságtól (és a hőmérséklettől) függően úsztak, lemerültek vagy éppen lebegtek. A pingponglabda darabkáinak sűrűségét gyorsan oldódó sóból készített (a határesetnek megfelelő) oldat térfogatának és tömegének mérése után számítással határozta meg. Megfigyelte, hogy a pingponglabda nem minden része azonos sűrűségű. Azok a darabkák, melyek összeragasztott részt is tartalmaztak, még úsztak akkor, amikor a labda többi része lebegett. (Ez a ragasztó kisebb sűrűségével, vagy az összeragasztott részek között maradt parányi légbuborékokkal magyarázható.) A legügyesebben (és legeredményesebben) Nagy Ádám (Budapest, Szent István Gimn. 11. o.t.) oldotta meg a feladatot. Abból indult ki, hogy az iskola kémia laboratóriumában található korszerű mérleggel ezred grammnál is pontosabban (!) lehet tömeget (és súlyt) mérni. Ez a pontosság sokkal jobb, mint a térfogat- vagy hosszúságméréseknél elérhető mérési hibahatár, érdemes tehát olyan módszert keresni, amely tisztán tömegmérésből áll. Az érzékeny mérleggel lemérte egy desztillált vízzel félig töltött pohár súlyát, majd megismételte a mérést úgy, hogy egy rögzített állványra kötött fonálon a vízbe lógatta a félbevágott pingponglabda darabjait. A labda darabkáira a kiszorított víz súlyának megfelelő felhajtóerő hat, ennek az erőnek az ellenereje viszont a vizet (a poharat és rajta keresztül a mérleget) nyomja lefele. A második mérésnél tehát a mérleg az első méréshez viszonyítva éppen annyival mutatott többet, amennyi a labda anyaga által kiszorított víz tömege. Ebből az adatból (és a hőmérsékletből) a víz sűrűségének ismeretében kiszámítható a labda falának térfogata, az előzőleg megmért tömegéből pedig a sűrűsége. Hasonló módon végezte el a mérést Pozsgay Balázs (Pécs, Magyar-német Nyelvű Isk. 11. o.t.) is, de ő nem állványról lógatta le, hanem kézzel tartotta a (kilyukasztott) pingponglabdát. Ilyenkor a kéz kicsiny remegése okoz mérési hibát. (A vízben mozgó testre közegellenállási erő hat, melynek ellenerejét az érzékeny mérleg ingadozások formájában jelzi.) Érzékeny mérleg használatakor célszerű rezgésmentes körülményeket biztosítani, pontosabban fogalmazva: a környezetből származó rezgéseket olyan mértékben csökkenteni, amennyire csak lehet.)
Megjegyzés. A mérési feladat értékelésénél az kaphatja meg a maximális pontszámot, aki ötletes mérési módszer választ, az alkalmazott módszert világosan, áttekinthetően leírja, elegendő számú és pontosságú, tényleges mérésből származó adattal rendelkezik és azokat áttekinthető táblázatba rendezi vagy grafikonon ábrázolja, a mérési adatokból a keresett mennyiséget meghatározza, és végül korrekt hibaszámítással elfogadható becslést ad a mérés pontosságára. Az a megállapítás, hogy ,,a mérés nem tökéletesen pontos'' (melyik mérés az?), vagy annak kijelentése, hogy ,,a mérőeszközök hibája miatt a mérésem nem túl pontos'', önmagában nem fogadható el hibabecslésként, de még az sem, ha valaki (indoklás nélkül) közli: ,,véleményem szerint az eredményem 10 százalékra pontos''. Ugyancsak értékelhetetlenek a mérési eredményeket nem tartalmazó, csak elvi leírást közlő dolgozatok, továbbá azok, melyek különböző tanulók tökéletesen azonos mérési módszeréről és azonos mérési eredményeiről számolnak be.
|