LABORATORIUM FIZYCZNE GRUPA VII --> [Author:(null)]

Kolejny Nr ćwiczenia 7

Nazwisko i imię

Paweł Żelechowski

Wydział :

Elektryczny

Symbol ćwiczenia 5

Data odrobienia ćwiczenia

15.04.96

Semestr 2

Temat: Wyznaczanie modułu Younga

metodą strzałki ugięcia

Data oddania sprawozdania

21.04.96

Grupa st. 5

Podpis asystenta

Ocena

I. WIADOMOŚCI OGÓLNE

Pod działaniem sił zewnętrznych ciała stale ulegają odkształceniom , tzn. zmieniają swój

kształt i swoje wymiary. Zmianę odległości międzycząsteczkowych powoduje siła odkształca-

jąca, której przeciwstawiają się siły wewnętrzne. Wypadkowa tych sił, w pewnym zakresie, zwanym zakresem sprężystości, jest proporcjonalna do makroskopowych zmian wymiarów ciała.

Odkształcenia sprężyste są nietrwałe i znikają gdy przestają działać siły zewnętrzne ciało powraca do pierwotnego kształtu i objętości.Po przekroczeniu granicy sprężystości odkształcenia są trwałe i utrzymują się po zaprzestaniu działania sił zewnętrznych.W zakresie sprężystym zjawisko odkształcenia ujmuje ilościowo prawo Hooke'a, opisane wzorem:

p=k*α (1)

gdzie: p- naprężenie (ciśnienie),

α- odkształcenie względne,

k- współczynnik proporcjonalności zw. modułem sprężystości (wielkość stała dla danego rodzaju materiału).

Najprostsze odkształcenie wywołane jest podłużnym rozciąganiem lub jednostronnym ściskaniem.Moduł sprężystości w tym wypadku zwany jest modułem Younga i oznaczamy symbolem E.Dla odkształcenia (rozciąganie i ściskania) prawo Hooke'a można zapisać w postaci:

(2)

gdzie: S- jest przekrojem poprzecznym pręta,

Δl - zmianą długości pręta, wywołaną działaniem siły Fn ,

l - długością pręta w przypadku braku działania sił zewnętrznych.

Moduł Younga E można określić jako wielkość liczbowo równą naprężeniu, które wywołałoby względną zmianę długości równą 1.W rzeczywistości większość materiałów ulega zerwaniu przy wydłużeniach znacznie mniejszych i dlatego nie osiąga się naprężeń równych liczbowo modułowi Younga.

W przypadku grubych korzysta się z efektu zginania - odkształcenia o charakterze złożonym, którego miarą jest tzw. strzałka ugięcia s.Dokładna analiza matematyczna ujmuje związek między E i s w postaci zależności:

(3)

gdzie: Is - jest powierzchniowym momentem bezwładności.

(inne ozn. tak jak we wzorze (2))

II. STRZAŁKI UGIĘCIA PRZY KILKU OBCIĄŻENIACH PRĘTÓW

Dla pierwszego pręta (tabela 1):

obciążenie

m1 [kg]

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

6

wychylenie

h1 [mm]

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

Dla drugiego pręta (tabela 2):

obciążenie

m2 [kg]

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

5

5,5

wychylenie

h2 [mm]

4

8

12

18

22

26

30

36

40

44

50

III.WYKRESY DLA DWÓCH PRĘTÓW

Stałe :

g=9,81[] - stała grawitacji

l=1 [m] - długość pręta

d=1 [m] - odległość lusterka od podziałki

Wykres dla pierwszego pręta

s1=f(F1) : F1=m1*g

Wykres dla drugiego pręta

s2=f(F2) : F2=m2*g

Wykres dla pierwszego pręta : s1=f(F1) (wartości z tabeli nr.2)

Wykres dla drugiego pręta : s2=f(F2) (wartości z tabeli nr.2)

IV.BŁĘDY

Błąd pomiaru modułu Younga E obliczamy za pomocą wzoru,

metodą pochodnaj logarytmicznej:

gdzie:

E - moduł Younga

ΔΕ - bezwzględny błąd pomiaru modułu Younga

Δh - dokładność pomiaru wychylenia pręta

Δl - dokładność pomiaru długości pręta

Δd - dokładność pomiaru odległości lunety od zwierciadła

ΔIS- dokładność obliczenia momentu bezwładności ( pomiar boku kwadratu )

Błąd pomiaru modułu Younga dla pierwszego pręta

masa

[ kg ]

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

6

E1

*1010

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

4.92

|ΔΕ1|

*1010

24,7

12.4

8.33

6.29

5.06

4.24

3.66

3.22

2.88

2.61

2.38

2.2

Błąd pomiaru modułu Younga dla drugiego pręta

masa

[ kg ]

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

5.5

E2

*1010

2.46

2.46

2.46

2.18

2.23

2.27

2.29

2.18

2.21

2.23

2.16

|ΔΕ2|

*109

62.1

31.4

21.2

12.8

10.8

9.41

8.34

6.73

6.2

5.76

4.99