modul younga.doc

(173 KB) Pobierz
Wydział

Wydział

EAIiE

Imię i nazwisko :

Krzysztof Lisowski

Przemysław Mrawczyński

Rok

pierwszy

Grupa

4

Zespół

2

Pracownia

fizyczna I

Temat:  Wyznaczanie modułu Younga.

Nr ćwiczenia

11

Data wykonania:

 

Data oddania

Zwrot do popr.

Data oddania

Data zaliczenia

Ocena

 

 

Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie modułu Younga metodą statyczną mierząc wydłużenie drutu wykonanego z danego materiału obciążonego stałą siłą.

Wstęp teoretyczny:

Jeśli na jakieś ciało wywrzemy pewną siłę to może ono ulec odkształceniu - deformacji. Może ono mieć postać związaną ze zmianą objętości - odkształcenie objętościowe lub też ze zmianą kształtu ciała - odkształcenie postaci. Siła odkształcająca prowadzi do przemieszczania cząsteczek z początkowych położeń równowagi w węzłach sieci krystalicznej do nowych. Przeciwdziałają temu siły międzycząsteczkowe, które w tym przypadku są siłami sprężystości. Są one równe co do wartości, ale przeciwnie skierowane do sił odkształcających. Siła międzycząsteczkowa rośnie liniowo wraz z odkształceniem. Opisuje to prawo Hooke’a:

 

gdzie:

-                                  Dl – przyrost długości pręta

-                                  l – długość pręta

-                                  F – siła rozciągająca

-                                  A – pole powierzchni przekroju  pręta

-                                  E – stała materiałowa (moduł Younga)

 

Moduł Younga – zależy od rodzaju odkształcenia materiału, temperatury oraz od obróbki termicznej i mechanicznej materiału i jest równy takiemu naprężeniu normalnemu, przy którym liniowy wymiar ciała ulega podwojeniu. Na jego podstawie możemy się zorientować o wielkości sił wewnętrznych (sprężystych) w danym materiale.

W momencie ustania działania zewnętrznej siły odkształcającej siły napięć wewnętrznych spowodują powrót do swych pierwotnych wydłużeń. Nastąpi to jednak wtedy gdy siła odkształcająca nie przekroczy pewnej granicy sprężystości. W przeciwnym bowiem razie doznane odkształcenia ciała nie ustąpią z chwilą zniknięcia sił zewnętrznych. Takie odkształcenie nazywamy plastycznym.

Prawo Hooke’a jest słuszne jedynie w odniesieniu do odkształceń sprężystych a więc znikających z działaniem sił zewnętrznych.

W naszym doświadczeniu nie przekraczamy progu sprężystości więc do wyznaczenia modułu Younga będziemy stosować prawo Hooke’a.

Po przekształceniu wzoru opisującego prawo Hooke’a i uwzględnieniu zależności p = F/S otrzymujemy:

Mając daną rozciągającą siłę zewnętrzną, powierzchnię przekroju i długość ciała, oraz mierząc wydłużenie Dl jesteśmy w stanie wyznaczyć moduł Younga dla danego materiału.

 

Aparatura:

Do wykonania ćwiczenia potrzebne są następujące pomoce:

n                       statyw do pomiaru modułu Younga,

n                       przymiar liniowy,

n                       śruba mikrometryczna,

n                       ciężarki,

 

Przebieg ćwiczenia i opracowanie wyników:

1.                      Ustawić pionowo statyw przyrządu, regulując głębokość zakręcenia nóżek podstawy i obserwując wskazania pionu.

2.                      Przymiarem liniowym zmierzyć długość drutów stalowego (Ls) i miedzianego (Lm) z dokładnością 1 mm. Za pomocą śruby mikrometrycznej zmierzyć średnicę drutów (ds - stalowego, dm - miedzianego ). Pomiar średnicy należy wykonać 10 razy wzdłuż całej długości drutów i obliczyć wartość średnią.

3.                      Wyznaczyć zależność wydłużenia drutu stalowego (Dls) od wartości siły rozciągającej. Masę obciążającą zmieniać co 1 kg w granicach od 0 do 10 kg. Pomiar wykonać dla rosnących a następnie dla malejących wartości ciężaru.

4.                      Wykonać analogiczny pomiar dla drutu miedzianego.

5.                      Sporządzić wykres Dl = f(F) dla obu drutów.

6.                      Dla drutu stalowego metodą najmniejszych kwadratów znaleźć wartość i błąd współczynnika nachylenia - prostoliniowej części wykresu.

7.                      Obliczony współczynnik nachylenia prostej regresji a = Dl/DF wykorzystać do obliczenia modułu Younga stali.

8.                      Obliczyć błąd DE.

9.                      Obliczyć moduł Younga miedzi określając a metodą graficzną.

10.                  Porównać znalezione wartości z wartościami tablicowymi.

 

 

 

 

 

I.                   Wykonujemy pomiary dla drutu stalowego

 

Długość drutu stalowego

 

Ls = 1,066 ± 0,001 m

 

Średnica drutu stalowego

 

 

 

Lp.

d [mm]

1

0,71

2

0,71

3

0,72

4

0,71

5

0,71

6

0,71

7

0,72

8

0,72

9

0,71

10

0,71

Średnia

0,713

 

Wartość średnia ± odchylenie standardowe :

ds = 0,713 ± 0,005 mm

 

Tabele przedstawiają wyniki pomiarów dla drutu stalowego :             

 

Lp.

m [kg]

D l [mm]

F [N]

1

0

0,00

0,0

2

1

0,33

9,8

...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin