Хід роботи

1. В різних місцях намотування нитки визначити діаметр (не менше трьох разів). Оцінити похибку вимірювання величини d₀.

2. За допомогою міліметрової шкали на вертикальній стійці приладу, визначити відстань між фотоелектричними датчиками h. Оцінити похибку h₀.

3. Намотати нитку підвісу таким чином, щоб диск маятника дотикався з полюсами електромагніта.

4. Вимкнути кнопку “Пуск”.

5. Натиснути послідовно кнопки “Сброс” і “Пуск”.

6. По цифровому індикатору мілісекундоміра визначити час руху маятника t. Оцінити похибку t₀.

7. Дослід повторити декілька разів для однієї і тієї ж відстані.

8. Знайти середні значення t, d, h. Підставляючи їх в співвідношення (7) обчислити момент інерції маятника.

9. Обчислити відносну похибку  вимірювання цієї величини за формулою (8).

10. Визначити абсолютну похибку .

11. Записати кінцевий результат.

Таблиця 1

m = , m₀ = , d₀ = , h₀ = , t₀ = .

№ п.п.	D	h	t
CI
1
2
3
ср.

Контрольні питання

1. Сформулювати закон збереження механічної енергії.

2. Дати означення моменту інерції твердого тіла.

3. Чому дорівнює кінетична енергія обертового руху?

4. Дати означення моменту імпульсу твердого тіла відносно осі.

5. Сформулювати закон збереження моменту імпульсу твердого тіла відносно осі.

Лабораторна робота №3

Визначення модуля Юнга за прогином стержня

Мета роботи: визначити модуль Юнга для сталі.

Теоретичні відомості і опис установки

Деформацією твердого тіла називається зміна його розмірів і форми під дією сили. Деформація приводить до того, що порушується характерна для рівноважного стану атомів рівновага сил притягання і відштовхування. Виникають пружні сили. Вони зрівноважують зовнішні сили, прикладені до тіла.

Пружною називається деформація, яка зникає після припинення дії сили, що її викликала. Непружні деформації не зникають після припинення дії сили, вони супроводжуються незворотною перебудовою кристалічної ґратки тіла.

Якщо при деформації розтягу або стиску розглянути деяку площину, перпендикулярну до напрямку сили, то внутрішні сили, що діють у цій площині, повинні зрівноважуватись зовнішніми силами. В межах пружності, згідно закону Гука, деформація прямо пропорційна силі

, (1)

де l – величина деформації (стиску або розтягу), F – зовнішня сила, S – площа поперечного перерізу, l – початковий розмір тіла у напрямку сили, E – модуль Юнга для даного матеріалу. Величина називається відносною деформацією розтягу або стиску. Величину називають нормальним напруженням (нормальним тому, що діє перпендикулярно до поперечного перерізу). Тоді закон Гука може бути записаний у вигляді

. (2)

При відносній деформації маємо . Звідси випливає фізичний зміст модуля Юнга: він дорівнює такому нормальному напруженню, при якому відносна деформація дорівнює одиниці (зразок видовжується або стискається вдвічі).

При неперервній зміні зовнішніх навантажень ростуть напруження  і деформація  (рис.1). При деякій напрузі _s (точка А на рис. 1) характерній для кожного матеріалу, спостерігається або руйнування зразка, або порушення прямої пропорціональності між  і  та виникнення залишкової (пластичної) деформації _зал, яка не зникає після зняття зовнішніх навантажень. В першому випадку матеріал виявляється крихким, у другому – пластичним. Напруга _s, при якій спостерігається помітна текучість матеріалу, називається границею текучості. Якщо напругу збільшувати далі, то при деякому її значенні деформований зразок починає руйнуватись. Цю напругу називають границею міцності.

Крім деформацій розтягу і стиску існують деформації кручення. Детальне вивчення цих деформацій приводиться в курсі “Опір матеріалів”. Там доводиться, що величина деформації згину  прямо пропорційна прикладеній силі F.

, (3)

де l – довжина стержня між точками кріплення стержня і індикатора, b – ширина стержня, h – його висота, E – модуль Юнга. З (3) маємо робочу формулу для визначення E,

. (4)

Прилад для вивчення модуля Юнга за прогином стержня складається з основи 1, в якій одним кінцем кріпиться досліджуваний стержень 2.До стержня кріпиться шалька 3, на яку кладуть тягарець 4. Вимірювання стріли прогину здійснюється індикатором 5, який закріплений на штативі (рис. 2).