Порядок виконання роботи

1. Тричі виміряти мікрометром діаметр закріпленої у кронштейні дротини в декількох місцях.

2. Виміряти довжину дротини за допомогою лінійки або рулетки.

3. Повертанням шкали індикатора видовження дротини встановити його стрілку в нульове положення.

4. Зняти із платформи рівномірного навантаження кронштейна один тягар m i навантажити ним платформу штока деформації дротини. За шкалою індикатора виміряти абсолютне видовження дротини _i. Результати експерименту записати в таблицю.

5. Повторити ці вимірювання для навантажень платформи тягарами 2m, 3m, 4m і 5m. Вимірювання повторити п’ять разів для кожного навантаження. Результати експерименту записати в таблицю.

6. Обчислити за робочою формулою (3) модуль Юнга для кожного з п’яти значень навантажень. Результати обчислень усереднити.

7. Побудувати графік залежності абсолютного видовження дротини від величини деформуючої сили =f (mg).

8. За робочою формулою (7) обчислити об’ємну густину пружної енергії для п’яти значень напружень.

9. Побудувати графік залежності об’ємної густини енергії від деформуючої сили .

10. Оцінити точність виконаних вимірювань та обчислень. Зробіть відповідні висновки.

Контрольні запитання

1. Сформулюйте та запишіть закон Гука.

2. Що називають механічним напруженням, абсолютним та відносним видовженнями?

3. Який фізичний зміст має модуль Юнга?

4. Що таке межа пружності та міцності?

5. Нарисуйте і поясніть типову діаграму деформації розтягу. Покажіть на діаграмі ділянки, які відповідають пружній та пластичній деформаціям.

6. Що таке плинність деформованого тіла?

7. За яких умов виникає залишкова деформація?

8. Який зв’язок між модулем пружності та коефіцієнтом Пуассона?

9. Як визначити роботу змінної сили?

Фрма звіту до лабораторної роботи 118.

1. Завдання.

2. Рисунок установки.

3. Робочі формули з розшифруванням величин.

4. Формули для обчислення похибок:

;

;

;

.

5. Результати вимірювань та обчислень:

; ; .

№ за пор.	, кг	, м	Е1, Па	Е1, Па	, %	, Па	, Па	, %
1 - 5			–	–
с/зн.	1,0

; .

Аналогічно для 2, 3, 4, 5 кг.

7. Кінцеві результати:

8. Висновки

Лабораторна робота 119. Дослідження пружної деформації кручення

Завдання: визначити модуль зсуву матеріалу дротини підвісу.

Приладдя: лабораторна установка, мікрометр, штангенциркуль, технічні терези з набором важків, циліндр або інше тіло правильної геометричної форми.

Теоретичний матеріал, який потрібно засвоїти під час підготовки до виконання роботи: деформації твердих тіл, зокрема, кручення та зсуву; закон Гука; модуль зсуву; модуль кручення; момент сили; момент інерції; основний закон обертального руху; крутильні коливання; період крутильних коливань.

Література:

1. Р.5. §§. 5.2 - 5.4;

2. Р.2. §§. 2.12 – 2.14; Р.5 §.5.9.3.

3. §§. 7.11; 11;

4. §. 19.

О пис установки. Модуль зсуву у цій роботі визначають за допомогою крутильного маятника. На основі з чотирма ніжками, висоту яких можна регулювати, закріплені колонка 1, а також електронний блок 2, який складається з мілісекундоміра, лічильника періодів та кнопок керування. На колонці закріплені три кронштейни. Верхній та нижній кронштейни мають затискачі 3, які слугують для закріплення дротин 4, на яких підвішена рамка 5. На середньому кронштейні міститься сталева плита, яка слугує підставкою для фотоелектронного датчика 6, електромагніту 7 та кутової шкали 8.

Конструкція рамки дає змогу закріплювати в ній тягарці за допомогою рухомої поперечини 9, яку можна переміщувати вздовж нерухомих стрижнів та гайок на затискних втулках 10.

Під час коливань маятника світловий потік із лампочки, який падає на фототранзистор, перериває стрілка рамки, унаслідок чого в схемі транзистора генеруються електричні імпульси, які після підсилення у схемі транзистора надходять на вхід мілісекундоміра. За цих умов світлове табло мілісекундоміра безперервно фіксує час та кількість виконаних коливань. Отже, лабораторна установка дає змогу вимірювати період коливань маятника в напівавтоматичному режимі.

Ідея роботи та виведення робочої формули. Як відомо, період коливань крутильного маятника описує формула

, (1)

де І – момент інерції крутильного маятника; b – модуль кручення підвісу крутильного маятника, який залежить від матеріалу та його геометричних розмірів i пов’язаний із модулем зсуву N співвідношенням

, (2)

Завданням роботи є визначення модуля зсуву сталевої дротини (підвісу). Для цього спочатку потрібно визначити модуль кручення b, користуючись формулою для періоду крутильних коливань (1), i, використавши його зв’язок із модулем зсуву N (2), визначити цей модуль. У лабораторній установці крутильні коливання виконує рамка, закріплена на двох (верхньому та нижньому) підвісах. У цьому випадку модуль кручення підвісу b буде складатись із суми модулів кручення верхнього b₁ i нижнього b₂ підвісів, тобто

, (3)

де D – діаметр дротин підвісу; L₁, і L₂ – довжина його верхньої та нижньої частин, відповідно.

Оскільки період крутильних коливань рамки описує формула (1), то визначити модуль кручення можна за умови, коли відомі період коливань Т і момент інерції маятника І. Період коливань легко виміряти експериментально, однак момент інерції маятника невідомий. Для того, щоб вилучити з розрахунків момент інерції І, у рамку закріплюють тіло з відомим моментом інерції І₁ (y цій роботі – циліндр, момент інерції якого можна обчислити за формулою , де m – маса, а d – діаметр циліндра). Період крутильних коливань системи рамка – циліндр буде визначатись формулою

. (4)

Піднявши до квадрата формули (1) i (4) та розділивши їх почленно, отримаємо

, або

, звідки .

Водночас, із (1) маємо

.

Прирівняємо праві частини двох останніх виразів і вилучимо невідомий момент інерції рамки, звідки

. (5)

Підставимо у формулу (5) вираз для та значення b з формули (3) і одержимо робочу формулу

. (6)