Теоретичні відомості та опис установки

Деформація це зміна розмірів і форми тіла під дією прикладеної до неї сили. Якщо після припиняння дії сили тіло повертається в попередній стан, то така деформація називається пружною. Якщо після припиняння дії сили тіло не повертається в попередній стан то така деформація називається пластичною. Види деформацій: розтягу, стиску, кручення, згину і зсуву.

Прилад для визначення модуля Юнга за згином стержня (рис. 1) складається з основи 1, в якій одним кінцем кріпиться дослід­жуваний стержень 2. Вздовж стержня може переміщу­ватись підвіс для шальки 3, на яку кладуть вантаж 4. Вимірювання згину здійсню­ється індикатором 5, який прикріплений до верхньої рамки основи і впирається в підвіс.

Сила , яка рівна (m – маса вантажу, g – прискорення вільного падіння), перпендикулярна до поверхні стержня і викликає деформацію згину. З курсу опору матеріалів відомо, що деформація згину для стержня прямокутного перерізу визначається за формулою:

, (1)

де F – прикладена сила, l – довжина стержня від точки кріплення до точки прикладання сили, h – товщина стержня, b – ширина стержня, Е – модуль Юнга, l – згин стержня.

З (1) маємо

. (2)

Фізичний зміст модуля Юнга можна розкрити розглядаючи деформацію розтягу, при якій сила F перпендикулярна до поперечного перерізу зразка. В цьому випадку

, (3)

де D 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

. (4)

Отже, модуль Юнга рівний такій механічній напрузі, при якій відносна деформація рівна одиниці (фізичний зміст), тобто .

На рис.2 показана залежність механічної напруги s від відносної деформації e. На ділянці ОА спостерігається пряма пропорційна залежність між s та e (виконується закон Гука). На ділянці АВ спостерігається непропорційність між цими величинами (відносна деформація зростає швидше ніж прикладена напруга). Після припинення дії сили, зразок, який зазнав пластичної деформації не набуває попередніх розмірів, а має деяку залишкову деформацію .

 

Хід роботи

1. Виміряти лінійкою довжину l стержня 2 від місця кріплення до індикатора.

2. Виміряти штангенциркулем ширину b і товщину h стержня не менше 5 разів у різних місцях стержня.

3. Шкалу індикатора 5 встановити в нульове положення. Навантажити шальку 3 вантажем 4. Визначити величину деформації l. Дослід повторити 5 разів, з однаковим навантаженням.

4. Оцінити паспортні приладові похибки та похибки табличних величин.

5. Обчислити середні значення величин b, h, l.

6. Обчислити за робочою формулою (2) значення модуля Юнга Е.

7. Обчислити відносну і абсолютну похибки, записати кінцевий результат

 

,

Результати вимірювань

l = D l ₀ =

F = D F ₀ =

D b ₀ =

D h ₀ =

D l ₀ =

 

№з.п.	b,	h,	l,
СІ
Ср.

 

Контрольні запитання

1. Що називають деформацією тіла? Які є види деформацій?

2. Яка природа сил пружності?

3. Що таке абсолютна деформація, відносна деформація?

4. Що таке механічна напруга?

5. Яку деформацію називають пружною, пластичною?

6. Нарисуйте і поясніть діаграму розтягу.

7. Сформулюйте закон Гука для деформацій розтягу і стиску.

8. Який фізичний зміст модуля Юнга?

 

Література

 

1. Навчальний посібник “Загальна фізика”, ч. І, під редакцією

Ковалець М.О., Орленка В.Ф. Рівне, НУВГП, 2009

2. Трофимова Т.И. Курс физики.–М., "Высшая школа", 1990.

3. Детлаф А.А., Яворский В.М. Курс физики.–М., "Высшая школа", 1989.

4. Савельев И.В. Курс физики.–М., "Наука", 1989, т.1–3.

5. Зачек І.Р., Кравчук І.М., Романишин Б.М. та ін. Курс фізики. За ред. Лопатинського І.Є., Львів, “Бескид Біт” 2002.

6. Олексин Д.І., Мороз В.М. Загальна фізика. Частина 1. Конспект лекцій для студентів заочної форми навчання. Рівне, 2002, 073-89.

7. Дубчак Д.І., Ковалець М.О., Орленко В.Ф., Никонюк Є.С., Шляховий В.Л. Загальна фізика. Частина 2. Конспект лекцій для студентів заочної форми навчаня. Рівне, 2002, 073-90.

8. Кучерук І.М. та ін. Загальний курс фізики. У трьох томах, К., 1999.

Додаток 1

Приклад оформлення титульної сторінки

НУВГП

Кафедра хімії та фізики

Звіт

З лабораторної роботи №

Визначення моменту інерції твердого тіла.

Виконав:

Ст. МБ 11

Яковчук А.А

Перевірив:

Орленко В.Ф.

Рівне 2013 р

Додаток 2

Приклад оформлення звіту

____________________________________________________________

1. МЕТА РОБОТИ: визначити момент інерції

РОБОЧА ФОРМУЛА

I – момент інерції;

g – прискорення вільного падіння;

m – маса маятника;

t – час падіння маятника;

h – висота падіння маятника.

d – діаметр осі;

РЕЗУЛЬТАТИ ВИМІРЮВАНЬ

№з.п.	d, мм	h, мм	t, с
СІ	10^-3м	10^-3м	с
	4,4		2,765
	4,4		2,766
	4,6		2,768
	4,2		2,764
	4,5		2,769
Ср.	4,4		2,7664

m= 435,7 10 ^-3 кг Δm₀= 0,05 10 ^-3 кг

g= 9.8 Δg₀= 0,05

Δt₀= 0,001 с

Δd₀= 0,05 10 ^-3 м

4. ОБРОБКА РЕЗУЛЬТАТІВ ВИМІРЮВАНЬ

 

(Похибки обчислююся за вибраною методикою)

 

ΔІ= ε I =

КІНЦЕВИЙ РЕЗУЛЬТАТ

І = І_ср ± ΔІ

ε= %