Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы




Скачать 101.64 Kb.
PDF просмотр
НазваниеЛабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы
Дата конвертации19.01.2013
Размер101.64 Kb.
ТипДокументы
Лабораторная работа «ИЗУЧЕНИЕ УПРУГИХ СВОЙСТВ МАТЕРИАЛОВ» 
Цель работы: Определение модуля упругости материалов. 
Принадлежности:  Установка  для  изучения  упругих  свойств  материалов,  образцы, 
линейка, микрометр, набор грузов. 
Мерой  взаимодействия  тел  является  сила.  Действие  окружающих  тел  на 
рассматриваемое  характеризуется  внешними  силами,  которые  могут  распределяться 
по  объему  и  по  поверхности  тела  (силы  всемирного  тяготения,  магнитное 
взаимодействие). Совокупность действующих на тело сил называется нагрузками. 
Действие нагрузок может вызвать деформацию тел. 
Деформация – это изменение взаимного расположения точек тела, которое приводит к 
уменьшению его формы и размеров. 
Любые  сложные  деформации  могут  быть  представлены  совокупностью 
небольшого  числа  основных  видов:  растяжения,  сжатия,  кручения,  сдвига,  изгиба. 
Если  после  прекращения  действия  нагрузки  деформация  исчезает,  то  она  называется 
упругой.  Если  тело  не  восстанавливает  форму  и  объем  после  прекращения  внешнего 
воздействия, то ее называют пластической. 
При деформации расстояние между атомами (молекулами) изменяется. Это приводит к 
возникновению  внутренних  сил,  стремящихся  вернуть  частицы  в  первоначальное 
положение.  Внутренние  силы,  возникающие  при  действии  нагрузок  это  силы 
упругости. Определяют внутренние силы методом сечений. 
Мерой  внутренних  сил,  возникающих  при  деформации  материала  является 
механическое напряжение.  При деформации сжатия и растяжения напряжение  можно 
выразить как отношение силы к площади поперечного сечения. 
F
H
 
   1
 1 Па
;  
м 2
 
Величины, характеризующие деформацию: 
l  l  l  - абсолютное удлинение (деформация) 
1
l
l
   - относительное удлинение 
 100%  
l
l
Закон  упругой  деформации:  относительная  деформация  прямо  пропорциональна 
приложено силе и обратно пропорциональна площади сечения. 
l

1 F


   (1) 
l
E S
Получен экспериментально английским физиком Робертом Гуком. 
F
l

Из (1) выразим 
 E
, то есть для упругих деформаций    E   , т.е. механическое 
S
l
напряжение пропорционально относительному удлинению. 
Е – модуль упругости или модуль Юнга 
l

  E 
,  если 
l
  l ,  E   ,  следовательно,  модуль  Юнга  численно  равен 
l
механическому  напряжению,  возникающему  в  образце  при  увеличении  его  длины 
вдвое (если бы закон Гука выполнялся до столь больших удлинений) 
E  П
1 а  



Модуль Юнга различен для разных веществ: 
Материал 
Е .107 Па 
Стекло  
4900-7800 
Алюминий 
6300-7000 
Кожа 
0,0013 
Кость 
1000 
Коллаген 
100 
Зависимость    f ()   является  характеристикой  механических  свойств  твердого 
тела.  
Пример: диаграмма растяжения 
ОА  –  участок  упругой  деформации,  выполняется  закон 
Гука 
ВС – участок текучести материала 
упр-  наибольшее  механическое  напряжение,  при 
котором  деформация  сохраняет  упругий  характер 
– предел упругости; 
т-  напряжение,  при  котором  происходит  текучесть 
материала  –  п…  удлинения  происходит  без 
увеличения нагрузки – предел текучести. 
пр- напряжение, при котором происходит разрушение образца – предел прочности 
Целью механических испытаний твердых материалов является измерение деформаций 
образцов  материалов  при  нагрузке  и  определение  упруго-  прочностных  свойств 
материалов,  среди  которых  –  модуль  упругости.  Существуют  различные  методы  его 
определения. В данной работе модуль упругости определяется по деформации изгиба. 
Если  на  один  конец  упругого  стержня,  закрепленного  в  штативе  с  другой  стороны 
действует  сила  F,  то  стержень  изгибается.  При  этом  верхние  слои  стержня 
растягиваются,  нижние  сжимаются,  а  средний  слой,  который  называют  нейтральным, 
сохранит длину и только претерпит искривление. 
Перемещение  ,  которое  получил  нагруженный  конец  стержня  называется  стрелой 
прогиба.  Она  тем  больше,  чем  больше  нагрузка  и  зависит  от  формы  и  размеров 
4FL3
стержня, от модуля Юнга материала стержня.   
 (2) 
a3bE
F – приложенная сила 
L-  длина стержня 
b - ширина стержня 
a- толщина стержня 
 
 
 
 
Описание установки. 
1 Штатив 
2. Образец 
3. Индикатор прогиба 


 
Порядок выполнения работы. 
 
1.  Закрепить образец в держатель штатива и подвести его к наконечнику индикатора. 
2.  Записать  показания  индикатора  n0  в  таблицу  1  выраженные  в  метрах  в  виде 
мантиссы и порядка числа (пример 0,77 мм = 77.10-5 м). 
3.  Подвесить к образцу один груз и снять показания индикатора n. Измерения с одним 
грузом произвести 3 раза, каждый раз снимая его, и измеряя n0. Результаты записать 
в таблицу 1 в метрах в виде мантиссы и порядка числа. 
4.  Аналогичные  измерения  проделать  с  двумя,  тремя,  четырьмя  грузами  и  заполнить 
таблицу 1. 
Таблица №1 
№ 
n0 (м) 
F (Н) 
n (м) 
 (м) 
  (м) 
1. 
 
 
 
 
 
2. 
 
 
 
 
3. 
 
 
 
 
1. 
 
 
 
 
 
2. 
 
 
 
 
3. 
 
 
 
 
1. 
 
 
 
 
 
2. 
 
 
 
 
3. 
 
 
 
 
1. 
 
 
 
 
 
2. 
 
 
 
 
3. 
 
 
 
 
5.  Вычислить  стрелы  прогиба  ,  по  формуле    n  n ,  соответствующие  всем 
0
нагрузкам и среднее значение стрелы прогиба    для каждой. 
6.  Построить  график  зависимости  средней  стрелы  прогиба  от  нагрузки    f F  и 
получить  уравнение  линейной  регрессии,  связывающее  эти  величины,  используя 
компьютер, программу Excel. 
Для  этого  в  столбец  А  вводятся  четыре  значения  аргумента  «х»  -  силы,  а  в 
столбец  В  –  значения  зависимой  переменной  «у»  только  мантиссы  средней  стрелы 
прогиба  для  каждой  нагрузки.  После  выполнения  всех  команд,  необходимых  для 
построения графика, он выводится на экран.  
Для  получения  линии  регрессии  и  уравнения  указатель  мыши  необходимо 
навести  на  линию  графика,  и,  вызвав  контекстное  меню  (правая  клавиша  мыши), 
выбрать команду «Добавить линию тренда». В появившемся запросе на вкладке «Тип» 
выбрать  построение  линии  тренда  линейную,  на  вкладке  «Параметры»  установить 
флажок «Показывать уравнение на диаграмме». 
Записать  в  таблицу  2  уравнение,  угловой  коэффициент  «к»  из  уравнения, 
умножив его на порядок числа средней стрелы прогиба 

7.  Измерить  микрометром  ширину  и  толщину,  линейкой  длину  образца  (длина 
образца  измеряется  как  расстояние  между  точкой  закрепления  и  точкой 
подвешивания грузов). Результаты в метрах занести в таблицу 2 в виде мантиссы и 
порядка числа (пример: а = 5,36 мм, в таблицу записываем 5,36.10-3 м). 
8.  Вычислить  модуль  упругости  подставляя  линейные  размеры  образца  и  угловой 
коэффициент «к». Записать значения в таблицу 2. 

4 L3
1
4 L 3
4 L 3
Из формулы (2) 


 tg   k , отсюда  E 


F
a 3 b
E
a 3 b tg 
a 3 b к
Подставить размеры образца и угловой коэффициент «к». Записать значения модуля 
упругости в таблицу 2 
 
Таблица №2 
Уравнение регрессии 
у= 
Угловой коэффициент 
к=  
Длина стержня 
L= 
Ширина стержня 
b= 
толщина стержня 
a= 
Модуль Юнга 
Е= 
Контрольные вопросы
1.  Что такое деформация, виды деформации. 
2.  Внешние и внутренние силы. Метод определения внутренних сил. 
3.  Природа сил упругости. 
4.  Законы упругой деформации. 
5.  Модуль упругости, его физический смысл. 
6.  Моделирование упругих, вязких и вязко- упругих свойств. 
Вопросы для самоконтроля: 
1.  Что такое абсолютное удлинение, в каких единицах измеряется? 
2.  Что такое относительное удлинение, в каких единицах измеряется? 
3.  Чему равен коэффициент жесткости, в каких единицах измеряется? 
4.  Начертить диаграмму растяжения и проанализировать ее. 
5.  Назвать модель упругого тела. 
6.  Назвать модель вязкого тела. 
7.  Назвать модель вязко-упругого тела. 
8.  Какие свойства тел изучаются на этих моделях? 
9.  Математическое описание моделей. 


Похожие:

Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconIii. Механика твердого тела лабораторная работа №5 изучение вращательного движения с помощью маятника обербека цель работы
Изучение характеристик вращательного движения твердого тела. Применение основного закона динамики вращательного движения для определения...
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconУрок формирования экспериментальных умений учащихся лабораторная работа №6 «Изучение изотермического процесса в газе»
Цель: Обеспечить выполнение обучающимися экспериментальных исследований изопроцессов в газах
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconЛабораторная работа Проверка основного закона динамики вращательного движения Цель  работы
Ознакомиться  с  основными  физическими  понятиями  и величинами, определяющими  закономерности  вращательного  движения
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы icon Лабораторная работа Определение модуля Юнга Цели работы
Если  изменить  толщину  проволоки, то  величина  коэффициента изменится. Поэтому 
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconИзучение процесса заряда и разряда конденсатора цель работы
Изучение процессов заряда и разряда конденсаторов в rc-цепях, ознакомление с работой приборов, используемых в импульсной электронной...
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconИзучение нормального распределения случайной величины на доске Гальтона цель работы
Расчет оценочных значений числовых параметров рас-пределения случайной величины. Изучение и экспериментальная проверка правил, применяемых...
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconЦель работы: изучение процессов в идеальных газах, определение отношения теплоемкостей

Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы icon            изучение законов теплового излучения
Цель  работы:  исследовать  зависимость  энергетической  светимости  вольфрамовой  нити  лампы  накаливания  от  температуры. 
Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconЛабораторная работа №8  Законы электромагнетизма  

Лабораторная работа «изучение упругих свойств материалов»  Цель работы iconЦель работы
Знание свойств влажного воздуха имеет особенное значение при изучении сушильного дела, вентиляции и других процессов. Во всех этих...
Разместите кнопку на своём сайте:
zakon.znate.ru


База данных защищена авторским правом ©zakon.znate.ru 2012
обратиться к администрации
Zakon
Главная страница