Теоретичні відомості та опис приладів

Поширеним видом пружних деформацій є деформація розтягу.

Однією із характеристик деформації розтягу є нормальна напруга s_n. Фізичну величину, яка чисельно дорівнює пружній силі F_n,що припадає на одиницю площі S перерізу тіла, нормального до напрямку дії цієї сили, називають нормальною напругою. Отже,

Відповідно до закону Гука відносна деформація пружно деформованого тіла прямо пропорційна напрузі, тобто

, (1)

де a - коефіцієнт пружності, величина якого залежить від матеріалу, з якого виготовлене досліджуване тіло. Закон Гука справедливий лише для досить малих відносних деформацій.

Величину , обернену коефіцієнту пружності, називають модулемпружності. Залежно від виду деформації модуль пружності має різні назви та числові значення. При деформації повздовжнього розтягу модуль пружності називають модулем Юнга

Закон Гука для деформації повздовжнього розтягу записують так:

. (2)

З (2) видно, що модуль Юнга дорівнює напрузі, при якій абсолютне видовження тіла, дорівнює його початковій довжині (Dl=L).

Якщо тіло має циліндричну форму діаметром d, то площа його поперечного перерізу .

Рис. 1.

Отже, остаточно

, (3)

де Р – вага тягарця.

Формула (3) є робочою для визначення модуля Юнга за деформацією повздовжнього розтягу.

Схема установки показана на рис. 1.

Для розтягування дротини на сталий тягар Р₀ кладуть тягар Р, вага якого відома, тоді дротина видовжується і викликає переміщення ніжки циферблатного індикатора. За допомогою циферблатного індикатора вимірюється видовження дротини Dl під дією навантаження Р.

Розтягуюча сила, що дорівнює вазі тягарів Р і Р₀ не повинна перевищувати половини розриваючої сили.

Нижче наведено розриваючі сили і модуль Юнга для різних металів:

№ п/п	Матеріал	Розриваюча сила (Н/м^2)	Модуль Юнга (Н/м^2)
1.	Сталь	80 × 10^7	20 × 10^10 – 22 × 10^10
2.	Залізо м’яке	60 × 10^7	18 × 10^10 - 20 × 10^10
3.	Мідь	10 × 10^7	10 × 10^10 - 13 × 10^10
4.	Свинець	2 × 10^7	1,5 × 10^10 – 1,7 × 10^10

ХІД РОБОТИ

1. Підвисити тягар Р₀ і встановити початкове положення індикатора. Стрілка індикатора повинна бути встановлена в положення “О”.

2. За допомогою лінійки виміряти довжину дротини L не менше 3-х разів. За допомогою терезів знайти вагу тягарів Р₁ і Р₂ і покласти їх по черзі та разом поверх сталого тягаря Р₀.

3. Кожного разу відрахувати видовження дротини Dl за допомогою індикатора. В кожному випадку виміри провести 3 рази.

4. Виміряти мікрометром діаметр d дротини 3 рази в різних місцях.

5. Результати всіх вимірювань записати у звітну таблицю 1 (для кожного із важків окрема таблиця).

6. За результатами трьох дослідів (з різними Р) обчислити середнє значення модуля Юнга і похибки вимірювань.

Результат записати у вигляді:

.

Таблиця 1.

№ п/п	L, м	DL, м	Р, Н	DР, Н	d, м	Dd, м	Покази індикатора	Ею, Н/м^2	DЕю, Н/м^2
Dl, м	D(Dl), м
1.
2.
3.
Середнє значення

Контрольні запитання

1. Що називається модулем Юнга і який його фізичний зміст?

2. Яке числове значення модуля Юнга і для яких тіл воно реальне?

3. Чому вагу тягарів Р можна знаходити грубо у порівнянні з вимірами діаметра дротини?

4. Чи можна для розтягування дротини брати тягарі будь-якої ваги?

література

1. Загальна фізика: Лабораторний практикум.: Навч. посібник / В.М.Барановський, П.В.Бережний, І.Т.Горбачук та ін..; За заг. ред. І.Т. Горбачука. – К.: Вища шк., 1992. – 509с.

2. Кучерук І.М., Горбачук І.Т., Луцик П.П. Загальний курс фізики. Т.1. – К.: Техніка, 1999. – 532с.

Дата добавления: 2015-11-30