Tříramenné vahadlo je jedním z nejstarších nástrojů, které se dosud běžně používají v laboratořích, a zároveň jedním z nejspolehlivějších: porovnává neznámou hmotnost na své misce s posuvnými standardními hmotnostmi na třech ocejchovaných ramenech, přičemž využívá pouze princip páky. Protože porovnává hmotnosti namísto měření síly, jeho údaj nezávisí na síle gravitace a nevyžaduje žádné baterie ani kalibrační křivku – stačí mu čistá miska a správně vynulovaný ukazatel. Wažení je vůbec nejčastější operací v experimentální vědě a téměř každá kvantitativní laboratoř v tomto katalogu jím začíná. V tomto tutoriálu se naučíte kompletní postup vážení na tříramenných vahách: vynulování a kalibraci přístroje, vážení pevné látky v celých kusech (hořčíkové stuhy) a v práškové formě (oxid hořečnatý) a získání hmotnosti každé látky odečtením – nejprve zvážením prázdné lodičky, aby hmotnost nádoby vypadla z výsledku.
Vzdělávací cíle
Použití trojramenných vah
- Před použitím váhu vynulujte a zkalibrujte a pracujte se třemi jezdci ve správném pořadí – nejdříve největší rameno, nakonec nejmenší –, abyste dostali ukazatel na nulovou značku.
- Sečtěte hmotnost jako součet tří pozic nosníku.
Vážící technika
- Pevné látky v celých kusech a v práškové formě zvažte za použití lodičky na vážení, se vzorky manipulujte pomocí pinzety a špachtle namísto prstů.
- Získejte hmotnost látky odčtením: (lodička + látka) − (prázdná lodička), takže hmotnost nádoby se ve výsledku odečte.
Pochopení přesnosti
- Uvědomte si, proč je hmotnost změřená přesně a reprodukovatelně základem každého kvantitativního výsledku na ní postaveného.
Laboratorní návyky
- Zanechte stanici připravenou pro dalšího uživatele: vzorky vyhozené v odpadkovém koši, loď vrácená a všichni jezdci zpět na nule.
Protokol
Základní principy
1. Před vážením se ujistěte, že všichni jezdci váhy jsou na nule a vážicí miska je čistá.
2. Zkontrolujte, že černá ručka vpravo od váhy stojí na nulové rysce (malá vodorovná černá čárka). Pokud ne, vyrovnejte váhu malým stavěcím šroubem vlevo pod vážicí miskou.
3. Položte předmět, který chcete zvážit, na vážicí misku.
4. Posuňte jezdce na největším vahadle (pomocí malých červených šipek) dopředu, dokud černá ručka neklesne pod nulovou rysku, a pak jej vraťte o jeden zoubek zpět, aby ručka stoupla nad nulu. Totéž zopakujte s prostředním vahadlem a nakonec posunujte jezdce nejmenšího vahadla, dokud ručka nestojí přesně na nulové rysce.
5. Sečtěte hmotnosti odečtené na všech třech vahadlech a získáte hmotnost předmětu.
Změřte hmotnost celého pevného tělesa
1. Nastavte úroveň vyvážení pomocí regulačního šroubu.
2. Zvažte prázdnou lodičku na váze.
3. Pinzetou vložte všechny magnesiové pásky do lodičky na vážicí misce.
4. Zvažte lodičku s pásky.
5. Hmotnost látky vypočítejte takto: (hmotnost lodičky s pásky) - (hmotnost prázdné lodičky).
6. Magnesiové pásky vyhoďte do černého odpadkového koše a prázdnou lodičku vraťte na pracovní plochu.
Zvažte práškovou pevnou látku
1. Velkou špachtlí odeberte 5 ml prášku oxidu magnesného a vložte jej do lodičky.
2. Zvažte lodičku s práškem oxidu magnesného.
3. Hmotnost látky vypočítejte takto: (hmotnost lodičky s práškem) - (hmotnost prázdné lodičky).
4. Prášek oxidu magnesného vyhoďte do černého odpadkového koše a prázdnou lodičku vraťte na pracovní plochu.
5. Vraťte všechny jezdce váhy na nulu.
Předvídané výsledky
Tento tutoriál spíše demonstruje dovednosti, než aby testoval hypotézu: na jeho konci student umí vynulovat váhy, pracovat s jezdiči ve správném pořadí a vážit odvážením, takže hmotnost lodičky se odečte. Tyto dvě cvičení mají jednoznačně očekávané hodnoty. Látky jsou Mg(s) v páskách a MgO(s) v prášku. Jedna hořčíková páska váží 0,55 g a v nádobce je pět pásek, takže zvážená sada by měla po odečtení hmotnosti prázdné lodičky vyjít na 2,75 g. U práškového oxidu hořečnatého je uváděna hustota 3,58 g/ml, takže 5ml porce nabraná velkou špachtlí by měla při stejném způsobu odvážení vážit 17,9 g. Získání těchto dvou čísel a schopnost vysvětlit, proč se vlastní hmotnost lodičky v žádném z nich neobjevuje, je smyslem celého cvičení.
Shrnutí úkolů podle věkové kategorie
9. až 10. ročník
Zaměření: správná technika. Studenti vynulují a zkalibrují váhy, zváží pásky a prášek podle protokolu a získají obě hmotnosti odčítáním. Úspěch je procedurální: jezdci fungovali ve správném pořadí, ukazatel se ustálil na nule, hodnota byla zaznamenána jako součet tří ramen a stanoviště zůstalo čisté s jezdci vrácenými na nulu.
11. ročník
Zeměření: přesné čtení a zaznamenávání. Studenti zaznamenávají každou hmotnost s ohledem na nejjemnější dílek, který nejmenší rameno unese, přenášejí správný počet platných čísel celým odčítáním a ověřují výsledek pro stuhu oproti uváděné hodnotě 0,55 g na stuhu. Dokážou vysvětlit, proč metoda odčítání vyžaduje dvě měření.
12. ročník / Úroveň college
Zaměření na samotný nástroj. Studenti vysvětlují, proč vahadlové váhy měří spíše hmotnost než tíhu – na obě strany srovnání působí stejná gravitace, takže *g* se vykrátí – a proč by jejich naměřená hodnota byla totožná na Měsíci, zatímco u pružinové váhy by tomu tak nebylo. Argumentují, proč je vážení odčítáním standardním postupem pro cokoliv, co nemůže spočinout přímo na misce.
Laboratorní potřeby
Nástroje
- Trojramenné váhy
- Vážicí lodička
- Velká špachtle
- Pinzeta
- Odpadkový koš
Produkty
- Hořčík (proužky)
- Oxid hořečnatý (prášek)