Опис приладів, що використовуються в роботі

 

Основу приладу складає прес гідравлічний з допоміжним пристосуванням для досліджень матеріалів на вигин (рис.6).

 

 

Пристосування для дослідження зразків на вигин складається з двох плит. Нижня плита – опора – має дві призми по краях, верхня – одну призму в центрі, яка розташована під кутом 23° до поздовжньої осі верхньої плити, і затискний гвинт для кріплення верхньої плити пристосування на гідравлічному пресі. Досліджувані об’єкти розміщуються на призмах нижньої опори. При русі великого поршня призма верхньої плити пристосування тисне на досліджуваний об’єкт і зумовлює його вигин. Стріла прогину вимірюється за допомогою мікрометру, закріпленого на корпусі гідравлічного преса.

 

Будова гідравлічного преса

 

На корпусі преса (див. рис.7), в якому знаходяться великий циліндр з робочим поршнем і малий циліндр з насосом і поршнем, закріплений манометр, розрахований на тиск до 19,6–24,5 МПа (200–250 кгс/см²) та мікрометр переміщення з ціною поділки 0,01 мм, запобіжний клапан і дві колонки з опорною плитою. Позаду корпусу розташовані два вентилі для випуску повітря і зливу масла.

Рис.7.

В основі корпусу є бачок для масла місткістю 0,4 л. Нагнітання масла в робочий циліндр здійснюється рукояткою малого поршня. У великому циліндрі (1) рухається поршень (2) з плитою. Поршень щільно підігнаний до циліндра в його верхній частині за рахунок шкіряної прокладки – манжета (3), яка створює ущільнення між стінками циліндра і поршнем. На стінці циліндра знаходиться вентиль (4) для випуску повітря з циліндра. Над поршнем закріплена на двох колонках верхня плита (5). На колонках нанесені кругові поперечні мітки, що показують межу підйому поршня. Малий циліндр (6)з насосом і поршнем (7) служить для нагнітання масла у великий циліндр. Поршень насоса приводиться в рух рукояткою (5). Функції всмоктуючого клапана (9) і нагнітального клапана (10) виконують сталеві кульки. Масло поступає в насос по каналу (11) з бака. З насоса в циліндр масло проходить по каналу (12), закритому з одного боку пробкою (13). Для зливу масла з великого циліндра в бак призначений вентиль (14), для випуску із бака – гайка заглушки (18) і гвинт (17).

Принцип роботи гідравлічного преса

 

 

При переміщенні рукоятки у верхнє положення в малому циліндрі утворюється розріджений простір і атмосферний тиск, тиск масла у великому циліндрі притискує клапан (10)і перекриває отвір циліндра. В той же час атмосферний тиск, діючий на масло в баку, піднімає клапан (9) і масло входить в малий циліндр. При русі рукоятки вниз масло тисне на клапан (9), притискує його і закриває канал, що веде в бак. Коли тиск малого поршня на масло буде більше тиску під великим поршнем, клапан (10) піднімається, пропускає масло у великий циліндр і тим примушує поршень преса піднятися. Якщо між нижньою та верхньою плитами преса знаходиться який-небудь предмет, то він буде стиснутий силою, величина якої залежить від сили тиску на малий поршень та відношення площ великого і малого поршнів. Діаметр великого та малого поршня відповідно рівні 58 мм та 10 мм.

Порядок виконання роботи

1. Виміряти довжину досліджуваного стержня l.

2. За допомогою штангенциркуля в декількох місцях виміряти товщину b і ширину а стержня і визначити їх середні значення, а також діаметр великого поршня d. Результати занести в таблицю 1.

3. Досліджуваний стержень розмістити на призму нижньої опори підставки.

4. За допомогою ручного преса затиснути досліджуваний об’єкт між призмами верхньої та нижньої опори.

5. За допомогою поворотної шкали мікрометра добитися нульового показу датчика переміщення.

6. Вигнути стержень. При цьому записати покази манометра та датчика переміщень. Добавляючи кожний раз навантаження записувати величину тиску та величину стріли прогину.

7. Побудувати графік залежності стріли прогину λ від тиску р, визначити тангенс кута нахилу .

8. Визначити модуль Юнга Е за формулою , де ,

9. Визначити відносну похибку вимірювання за формулою:

12. Визначити абсолютну похибку

 

 

Таблиця 1- результати вимірювань розмірів досліджуваних стержнів.

									di

 

Таблиця 2.

№п/п	, м	, кг/см^2	, н	, Па	, Па						, Па

 

Зміст звіту

 

Формула для розрахунку величини модуля Юнга, графік залежності стріли вигину від прикладеної сили, таблиці результатів, оцінка похибок вимірювань.

5.Контрольні запитання

 

1. Що таке деформація? Розкажіть про прості види деформації.

2. Наведіть приклади деформацій у людському організмі.

(Деформації стиску зазнає хребет, нижні кінцівки і покриви ступні; деформації розтягу – верхні кінцівки, зв’язки, сухожилля, м’язи; згину – хребет, кінцівки, кістки таза; кручення – шия при повороті голови, тулуб у крижах при повороті, кисті рук при обертанні.)

3. Поясніть виникнення сил пружності при різних видах деформацій з врахуванням сил міжмолекулярної взаємодії?

4. Дайте визначення напруги, що виникає в твердому тілі при деформації. Сформулюйте закон Гука.

5. Що таке модуль Юнга? В яких одиницях він визначається?

6. Розкажіть про діаграму напруг. Приведіть приклади крихких і пластичних тіл. Дайте визначення межі міцності.

7. Як визначається модуль пружності в даній роботі.

8. Стоматологи не рекомендують їсти дуже гарячу їжу. Чому?

(Різні ділянки зуба мають неоднакові коефіцієнти розширення. При різкому нагрівання зуба в ньому виникають напруження, які можуть спричинити тріщини в емалі).

9. Які речовини відносять до біополімерів? Яка їх роль у життєдіяльності організму? Де вони знаходяться?

(Природні біополімери є структурною основою всіх живих організмів і визначають процеси життєдіяльності. До них належать білки, нуклеїнові кислоти (рибонуклеїнова – РНК і дезоксирибонуклеїнова – ДНК), полісахариди. Перші наявні у кожній живій клітині. ДНК знаходяться головним чином у ядрі клітини і відіграє важливу роль, зберігаючи і передаючи по спадковості генетичну інформацію про будову, розвиток та індивідуальні ознаки живого організму.)

10. При відносній легкості кістки здатні протистояти величезним і при цьому різноманітним навантаженням; вони піддаються стиску, розтягу, згину. Удари, стрибки, падіння, аварійні ситуації – в усіх цих випадках наш скелет зазнає хоча й короткочасних, але особливо сильних навантажень і, як правило, витримує їх. Чим пояснюється дивовижна міцність кісток тварин, птахів, людей?

(Все це пояснюється дуже раціональною з точки зору механіки будовою кіток. По-перше, міцність і легкість кісток зумовлена їх формою. Завдяки трубчастій формі кістки кінцівок здатні протидіяти величезним стискаючим і згинаючим навантаженням. Наприклад, кульшова кістка людини, поставлена вертикально, витримує вантаж масою 1,5 т. По-друге, слід відзначити особливість внутрішньої будови пустотілих кісток: в них система тонких внутрішніх перемичок орієнтована вздовж напряму можливих механічних напружень, які виникають при тих чи інших деформаціях напруженої кістки. Тому, які б навантаження не прикладалися, кістка ніколи не працює на злам, а тільки на стиск і розтяг.)

11. Діаметр великогомілкової кістки 3,2 см, товщина стінки 3 мм. Розрив кістки відбувся при навантаженні 18 кН. Знайдіть за цими даними руйнуюче напруження і відносну поздовжню деформацію в момент розриву кістки, якщо модуль Юнга кістки 2,3 ГПа.

12. Мешканці древнього Карфагена вважали жіноче волосся найкращим матеріалом для тяжів своїх метальних машин. А соратники Спартака рятувалися від ворога, спускаючись вниз по вертикальній скалі на мотузках, сплетених з волосся. Людський волос витримує вантаж масою 100 г при діаметрі волосини 0,05 мм. Розрахуйте за цими даними межу міцності людської волосини. Який вантаж може витримати коса, сплетена з 200 000 волосин?

13. Що називається в’язкопружністю? Де проявляється ця властивість у живих системах?

14. Які матеріали називають композиційними? В яких випадках у живих тканин переважають пружні, а в яких випадках – в’язкі властивості?

(Композиційні – гетерогенні, термодинамічно нерівноважні системи, які складаються з 2 чи більше компонент, які відрізняються за хімічним складом, фізико-хімічними властивостями та розділені в матеріалі чітко вираженою межею. Кожна з компонент вводиться до складу композиційного матеріалу, щоб надати йому потрібні властивості, яких не має жодна з компонент окремо. Комбінуючи об’ємне співвідношення компонент, можна отримати матеріали з наперед заданими характеристиками. Прояв пружних чи в’язких властивостей у композиційних системах залежить від характеру прикладеної до них механічної сили. При тривалій дії (довшій від часу релаксації) переважають в’язкі властивості. Короткочасна дія сили виявляє переважно пружні властивості живої тканини, оскільки реакції її в’язких властивостей не встигають розвинутися. Навіть для кістки закон Гука дійсний тільки при її швидкій деформації. Якщо ж кістка деформується повільно, то проявляється повзучість кісткової тканини.)

 

Література

 

 

1. Мэрион Дж.Б. Общая физика с биологическими примерами. -М.: Высш. шк., 1986. - 624 с.

2. Ессаулова И.А. и др. Руководство к лабораторным работам по медицинской и биологической физике.:М., „Высшая школа”, 1987.

3. І.М.Кучерук, І..Т. Горбачук, П.П. Луцик. Загальний курс фізики. Механіка. Молекулярна фізика і термодинаміка.:Київ, „Техніка”,1999, т.1.С.209-242.

4. Бранков Г. Основы биомеханики.- М.: Мир, 1981.

5. Ємчик Л., Кміт Я. Медична і біологічна фізика.- Львів: Світ, 2003.

6. Медична і біологічна фізика./ За ред. О.В.Чалого. Підручник для студентів вищих медичних закладів освіти ІІІ-ІV рівнів акредитації.- К.: ВІПОЛ, 2005.

7. Ремизов А.Н. Медицинская и биологическая фізика: Учеб. для мед.вузов.- М.: Высшая школа, 1996.

8. Федишин Я.І. Фізика з основами біофізики. Львів: Світ, 2005.

9. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека. Справочник.- К.: Наукова думка, 1990.

10. Общий курс физиологии человека и животных. В 2 кн.: Кн.1. Физиология нервной, мышечной и сенсорной систем: Учебник для биол. и мед. спец.вузов./ Под ред.. А.Д.Ноздрачева.- М.: Высшая школа, 1991.

 

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №4