ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА
Исследование зависимости напряжения от относительного удлинения.
Измерение модуля Юнга резины
Оборудование: Резиновый жгут, штатив, нормированные грузики, линейка
Краткая теория
Атомы и молекулы в твердых телах совершают тепловые колебания около равновесных положений, в которых энергия минимальна. При уменьшении расстояний между атомами возникают силы, отталкивания, а при увеличении расстояний между ними- силы притяжения. Это и обуславливает механическую прочность твердых тел, т.е. их способность противодействовать изменению формы и объема. Растяжению тел препятствуют силы межатомного притяжения, а сжатию- силы отталкивания. Этими же силами объясняются упругие свойства твердых тел. Деформацию сжатия и растяжения можно характеризовать абсолютным удлинением ∆l, равным разности длин образца после растяжения l и до него l0:
∆l=l-l0
Абсолютное удлинение ∆l при растяжении положительно, при сжатии отрицательно.
Отношение абсолютного удлинения ∆l к первоначальной длине образца l0 называют относительным удлинением ε:
ε=|∆l|/l0
Физическая величина, равная отношению модуля силы упругости F, возникающей при деформации, к площади сечения S образца, перпендикулярного вектору силы F, называется механическим напряжением σ:
σ=F/S
Площадь поперечного сечения жгута в деформированном состоянии S определяют по площади его сечения в нерастянутом состоянии S0. Так как объем жгута между метками при растяжении сохраняется, то имеет место равенство :
S0L0=SL
S=S0L0/L
Деформация называется упругой, если после прекращения действия силы размеры и форма тела восстанавливаются. Неупругая деформация называется пластической. При малых (упругих) деформациях растяжения и сжатия отношение механического напряжения σ к относительному удлинению ε называется модулем упругости Е (модулем Юнга). Эта величина одинакова для образцов любой формы и размеров, изготовленных из данного материала:
E= σ/ ε=Fl0/|∆l|S
Модуль упругости Е характеризует механические свойства материала независимо от конструкции изготовленных из него деталей. Поскольку относительное удлинение- отвлеченное число, то модуль упругости выражается в тех же единицах, что и механическое напряжение.
Ход работы
2. Рассчитать площадь сечения жгута. Жгут намотать, не натягивая, виток к витку на линейку, измерив общую длину намотки и число витков.
3. Измерить длину резинового жгута без натяжения, затем подвесить к резинке груз и измерить длину резинки в деформированном состоянии.
4. С помощью выполненных измерений определить коэффициент деформации резинового жгута, к которому подвешивают алюминиевый груз.
5. Повторить данные измерения не менее трех раз.
6. Результаты оформить в виде таблицы 1.
7. Провести измерения для четырех грузиков разной массы.
8. Проверить действие закона Гука. Исследовать зависимость напряжения от относительного удлинения.
9. Определить модуль Юнга.
Контрольные вопросы
2. Что называется пределом упругости?
3. Что такое поверхностное натяжение и в чем оно измеряется?
4. Какая деформация имеет место в данном опыте: упругая или пластичная и почему?
5. Чем отличаются пластичные тела от хрупких?
6. Сформулируйте закон Гука и укажите границы его применимости.
7. Дайте определение всестороннего сжатия.
Видео-файл «Измерение модуля Юнга резины»
На данном видео с помощью приложения Power Point была создана анимация проведения данного опыта с имеющимся оборудованием.
Разработанную методику проведения лабораторной работы и результаты выполненной работы можно посмотреть или скачать по ссылкам ниже.
