Name Lab: Measurement

Lab: Measurement Name
Partner(s)

Objective Due Date

a. to learn/practice the use of various measuring tools Equipment
Codes

  For Instructor’s Use Only

A. Rulers of Various Size

Typically, length is measured with a ruler or meter stick.  When   Raw Score (100) P F  
choosing an appropriate ruler, you should consider the general   Late Penalty (‐10 / day)
size of the item to be measured (the length of a football field is   Missing Pages (‐5 / item)
better  measured  with  a  50  m  measuring  tape  than  a  30  cm   Final Score
classroom  ruler...)    and  the  divisions  provided  on  the  device   Regents Lab Count: 2
(you shouldn’t measure the thickness of a piece of paper with
a 30 cm classroom ruler).

Your instructor will provide a set of objects and a variety of measuring rulers.  Measure each item and record
the information requested in the table below.  Circle the measurement actually made (i.e. which units were
directly used).  When you have completed each measurement, convert it to the other units shown.  Use
good / proper notation.

Object # Tool Used Length m
cm mm
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 1

B.  The Micrometer

Micrometers are used to measure very (very, very) small lengths.  The basic micrometer uses a twisting
barrel to control the minute changes in the devices opening.  When using a micrometer, always close the
jaws with the small knurled knob (click loaded) so that the jaws are not over tightened causing the object
being measured to be squeezed.

The scale on a micrometer can be confusing until several zero points are found.  Study the picture below....

The inner scale (or stem; left) is surrounded by an outer scale (the barrel; right).  Where the barrel crosses
the stem is the decimal point for a measurement in millimeters.  The stem reads the whole number of
millimeters  and  the  barrel  reads  the  tenths  and  hundredths  of  a  millimeter.    When  you  complete  the
measurement by estimating the thousands position, the measurement has successfully been completed in
micrometers.  In the example above, the stem reads 6 and the barrel reads 74 (since the barrel has passed
the lower half‐hash mark, it is on the second rotation hence the 20, 25, and 30 showing are actually 70, 75,
and 80) with an estimated digit of zero (0).  Combining these readings, the measurement is 6.740 mm or

6740 :m (gee, aren't the units a surprise!!!).  

Remember, be careful....  The barrel rotates twice for each millimeter.  That means numbers showing on the
barrel must be increased by 50 during the second revolution.

Use a micrometer to measure the thickness of the items indicated below.

Item Thickness (:m)
copy paper
card stock
small sphere
wire staple

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 2

C.  The Vernier Caliper

Vernier scales are simply a pair of scales that slide by each other and allow the user an additional decimal
place  of  precision  and  eliminate  the  need  to  estimate  between  the  smallest  divisions.    The  scales  are
designed so that one scale’s 10 divisions are equal in length to the other scale’s 9 divisions. 

Examine the diagram of a typical vernier scale given below.

The Indicator Line (sliding scale) is used to obtain the initial measurement from the stationary scale.  In the
diagram given, the initial measurement is 3.3? where the ? digit would normally be estimated by the user.
The Vernier Scale allows the user to directly read the next decimal place rather than estimate it.  To read
this next decimal place, the user finds the line on the sliding scale which is aligned directly below a line on
the stationary scale (which line it is doesn’t matter, just that they are aligned).  In the diagram given, line
3 (the lines start numbering from 0) is aligned directly below a line on the stationary scale so the ? digit is
a 3.  The actual measurement is therefore 3.33

Examine the Vernier Calipers in the lab.  You should see that these calipers can be used to measure around
an  object,  inside  an  object,  as  well  at  the  depth  of  holes.    Use  a  Vernier  Caliper  to  measure  the  items
indicated.

Item Thickness (cm)
metal sphere
inside of black tube
diameter of water goose‐neck
depth of hole in cap nut

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 3

D. Measuring Mass

Measurement of mass is accomplished by using a balance or scale. Most of the massing that you will do in
this course will be in the range of tenths of a gram through hundreds of grams. The gram (g) is the official
standard unit of mass while the kilogram (kg) is the functional standard unit of mass. The commonly used

subdivisions of the gram are the milligram (mg) (1,000 mg = 1 g) and the microgram (:g) (1,000,000 :g =

1 g). Measuring devices sensitive enough to measure milligram or microgram amounts are generally not
available in our laboratory.

To protect the balance pan and make weighing more convenient, a piece of weighing paper, a weigh boat,
or another container may be used. The mass of the container itself must be subtracted from the total mass
to obtain the mass of the substance. This can be done by taring the balance. With the empty container on
the balance pan, the mass is set to zero by pushing the tare button. When the substance to be weighed is
placed in the container, only the mass of the substance will be registered.

All digital measuring devices have an amount of error built into them from the limits imposed by their scales.
Equipment may be marked with a range of accepted error (ex. ±0.05 units).   Alternately, the equipment may
be marked with range and precision information (700 x 0.2g).  Note that equipment marked with range and
precision information has an assumed possible error of ½ the precision.  

While you must measure as accurately as possible, there will always be possible error in all measurements.
The cited accepted error (or assumed possible error) will be needed when graphing data and the calculation
of relative percentage of error will be needed when analyzing numerical data. The relative percentage of
error is calculated by

R% E = actual − observed x 100
actual

and gives a measure of accuracy relative to the known value.

When an actual value is not known, the R%E is calculated against the average by

R% E = actual − average x100
average

for each trial and then averaged.  This gives a measure of internal consistency and reliablity.

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 4

1. Examine the electronic balance available at your lab station. 

a. What kind of balance is it?  (Manufacturer and model)  

b. What is the range and precision information for this balance?   

c. What is the minimum amount that can be massed?  

d. What is the maximum amount that can be massed?  

e. What maximum number of significant figures should be used to report data?  

2. Obtain three objects from your instructor (see table below). Determine and record the mass, in grams,
of each object. 

3. The  manufacturer's  specifications  indicate  the  accuracy  of  the  balance  you  are  using.  Record  this
possible error for each of your measurements.

4. Calculate the relative percentage of error for each of your measurements.

Object Mass (g) Possible Error Relative % Error
penny
unsharpened pencil

d x 2½  bolt

5. Note that the Relative % Error changed for each object while the Possible Error did not.  Comment.

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 5

LABORATORY REVIEW QUESTIONS AND PROBLEMS
1. What is meant by "taring" a measuring vessel when using a balance?

2. You place a weigh boat on the balance and find that it masses 0.63 g. You add  a lump of NaOH to the
balance and get a mass of 22.21 g. You remember that you forgot to tare the balance before taking this
measurement. You tare the balance, add another lump of NaOH, and read 20.64 g. You add another
lump of NaOH and read 38.98 g. How much NaOH do you have on the balance?

g :g
mg
kg
3. Contrast precision vs accuracy in taking measurements?

4. What determines how precise a measurement is?
5. What determines how accurate a measurement is?

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 6

6. It is possible for a measuring device to be inaccurate but precise. How could this be?
7. What factors, other than the measuring instrument, could affect the precision of your measurement?

Physics \ 00intro \ L_0x03_Measurement Page 7