1.6. Штучне подвійне променезаломлення

Як відзначалося в розділі (1.3), подвійне променезаломлення спостерігається при проходженні світла через оптично анізотропні речовини, до яких відносяться всі прозорі кристали, за винятком тих, що належать до кубічної системи.

Прозорі ізотропні тверді тіла (скло, полімери) не мають властивості подвійного променезаломлення. Проте, під впливом зовнішньої механічної напруги вони стають анізотропними і мають властивість подвійного променезаломлення. Це явище називається штучною подвійною променезаломлюваністю або фотопружністю, і знаходить практичне застосування для дослідження розподілу механічних напруг у деталях.

Метод фотопружності дозволяє побачити (або сфотографувати) розподіл напруг у деталях різноманих форм, визначити величини цих напруг небезпечні для цілісності деталей.

Для цих досліджень виконується модель деталі з прозорого фотопружного матеріалу (наприклад, з оргскла). Деталь навантажується відповідно до умов її експлуатації і розміщується між схрещеними поляризатором і аналізатором. Картина, що виникає в результаті інтерференції поляризованих променів, дозволяє одержати інформацію про розподіл механічних напруг у досліджуваній деталі.

Основні закономірності фотопружності, використовувані в цих дослідженнях:

1. Напрямок ГОВ збігається з напрямком механічних напруг.

2. Міра подвійного променезаломлення напруженого зразка (різниця показників заломлення) пропорційна нормальній механічній напрузі:

,

(8)

де σ - механічна напруга ([σ] = Н/м²). Коефіцієнт пропорційності для застосовуваного в даній роботі матеріалу (оргскло - поліметілметакрилат) k = 1,65 10^-11 Н/м².

При товщині деталі d оптична різниця ходу звичайного і незвичайного променів після проходження через деталь буде дорівнювати:

.

(9)

У тому випадку, якщо Δ _опт дорівнює непарному числу довжин напівхвиль (7), поле зору буде кольоровим з відповідним кольором і, отже, усі точки моделі з однаковою механічною напругою будуть мати однаковий колір. Області однакового забарвлення (ізохроми) дозволяють визначати напруги в моделі, а взаємне розташування ізохром дозволяє знайти місця концентрації напруг.

2. ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА

2.1. Ціль роботи

1. Вивчення явища фотопружності.

2. Розрахунок максимальних механічних напруг для областей стиску і розтяжіння по формулі:

   .

   (10)

3. Визначення точок концентрації напруг.

1 Джерело світла 2 Конденсор 3 Дзеркало 4 Поляризатор 5 Предметний столик 6 Координатна сітка 7 Досліджувана деталь 8 Аналізатор

Рис. 7

2.2. Прилади і приналежності:

полярископ ПКС - 500, оптична схема якого показана на рис. 7.

2.3. Порядок проведення вимірів

1. Попередньо напружену деталь розмістіть на предметному столику і, спостерігаючи за інтерференційною картинкою через аналізатор, повертайте верстат із деталлю на предметному столику доти, поки в стисненій області моделі не з'явиться червона ізохрома, а в області розтягу - зелена. Області стиску і розтягу деталі визначають по характеру прикладених сил.

2. На окремому аркуші нарисуйте контур деталі, зазначте напрямок прикладених сил і виділіть ізохрому нульового забарвлення (бузкового кольору), тобто колір якої збігається з фоном і відповідає тим точкам деталі, де напруги відсутні.

3. Нанесіть основні ізохроми, кольори яких приведені в табл. 1.

4. Знайдіть точки концентрації напруг, тобто ті точки, де ізохроми сходяться, зближаються.

Таблиця 1

Характер деформації	Фарбування изохром	Різниця ходу Δ опт· 10-7, м
Розтяг	Жовта	3,25
	Зелена	2,00
	Блакитна	1,15
Нейтральна	Бузкова	0
Стиск	Червона	0,25
	Жовтогаряча	1,30
	Жовта	2,60