2.DOC

(42 KB) Pobierz
Û¥-1@-€U.Ñ©Õ,¦$¦$$¦$¦$¦$¦$¦2¦‚´¦´¦´¦´¦´¦(ܦF´¦"§Rt§ÞR©R©R©R©R©R©R©R©T©T©T©T©T©T©r©4¦©+r©$¦r©r©BH
PROWADZ¥CY:
Dr Henryk Pykacz
               INSTYTUT  FIZYKI
               POLITECHNIKI  WROC£AWSKIEJ

                    LABORATORIUM  Z  FIZYKI






WYKONAWCY :
SPR.   EDYTA  BUCZYÑSKA 

GRUPA :
              0
ROK AK.
1
SEMESTR :
2

           (EWA       JAGIELSKA)
                               

                      

WYKONANO 
28.03.1995
ODDANO :
       4.04.1995
OCENA :

NR ÆWICZ.

2

TEMAT :        
SPRAWDZENIE  PRAWA  HOOKE'A  I  WYZNACZANIE MODU£U  YOUNGA






































1. Cel æwiczenia:	
	
	Celem æwiczenia jest sprawdzenie prawa Hooke'a oraz wyznaczenie modu³u Younga przez pomiar wyd³u¿enia drutu zawieszonego pionowo i obci¹¿onego obci¹¿nikami. 

2. Wstêp teoretyczny.

	Zajmuj¹c siê analiz¹ ruchu lub stanu równowagi cia³a pos³ugujemy siê modelami matematycznymi, które stanowi¹ dopuszczalne przybli¿enie cia³ rzeczywistych. Za przyk³ad mog¹ tutaj pos³u¿yæ pojêcia punktu materialnego (gdy¿ ka¿de cia³o ma ró¿n¹ od zera objêtoœæ) oraz cia³a doskonale sztywnego (gdy¿ ka¿de cia³o, nawet najtwardsze, jak np.diament, ulega odkszta³ceniom zmieniaj¹cym jego objêtoœæ lub kszta³t. Odkszta³cenia te mog¹ byæ niewielkie (cia³a sta³e) lub znaczne (ciecze,a szczególnie gazy). W rozwa¿anym zagadnieniu szczególnie wa¿ne jest pojêcie sprê¿ystoœci. 
Cia³em sprê¿ystym nazywamy cia³o, w którym odkszta³cenia, wywo³ane dzia³aj¹cymi na nie si³ami, zanikaj¹ zupe³nie po usuniêciu tych si³.Rozró¿niamy kilka rodzajów odkszta³ceñ: 
 -odkszta³cenie jednostronne - si³y dzia³aj¹ na dwie przeciwleg³e œcianki cia³a, prostopadle do nich (tak, ¿e suma ich momentów wzglêdem dowolnego punktu cia³a jest w ka¿dej chwili równa zeru). Skutkiem dzia³ania si³ jest przyrost d³ugoœci (DL odkszta³cenie bezwzglêdne; DL/Lo odkszta³cenie wzglêdne ). Podczas rozci¹gania DL > 0, a podczas œciskania DL < 0. 
 -odkszta³cenie wszechstronne - na ka¿dy element powierzchni cia³a dzia³a si³a do niego prostopad³a. Skutkiem dzia³ania si³y jest przyrost objêtoœci wziêty ze znakiem minus  -DV. Dziêki temu odkszta³cenie podczas œciskania ma wartoœæ dodatni¹ ( Vk < Vp ). 
 -œcinanie - dzia³aj¹ce si³y s¹ styczne do powierzchni cia³a. Miar¹ odkszta³cenia jest w tym przypadku k¹t skrêcenia œcianek a. Wprowadzono tzw. wspó³czynnik Poissona m, który jest charakterystyczny dla danego materia³u. Wyra¿a on stosunek wzglêdnej zmiany wymiarów poprzecznych (Dd/d) do wzglêdnej zmiany wymiarów pod³u¿nych (DL/L). Wartoœci liczby Poissona dla wiêkszoœci metali zmieniaj¹ siê w granicach 0,2-0,5. 
	Naprê¿eniem nazywamy wektor o wartoœci równej stosunkowi wartoœci si³y do powierzchni, na któr¹ ona dzia³a, o kierunku i zwrocie zgodnym z kierunkiem si³y: 
  SYMBOL 100 \f "Symbol" =  F / S
Jednostk¹ naprê¿enia w uk³adzie SI jest : [SYMBOL 100 \f "Symbol"] = N / m2 = Pa. 

 PRAWO HOOKE'A: 

Je¿eli naprê¿enia w ciele s¹ dostatecznie ma³e, to wywo³ane przez nie odkszta³cenia wzglêdne s¹ do nich wprost proporcjonalne. 
Odpowiednio: 
 
	SYMBOL 68 \f "Symbol"L / L = SYMBOL 115 \f "Symbol" * 1 / E;		- SYMBOL 68 \f "Symbol"V / V = SYMBOL 115 \f "Symbol" * 1 / K;		SYMBOL 97 \f "Symbol" =  SYMBOL 116 \f "Symbol"* 1 / G;
gdzie:

E - modu³ Younga;	 	K - modu³ œciœliwoœci;		G - modu³ sztywnoœci.

2.Przebieg pomiarów  :
*)ZESTAW POMIAROWY
-urz¹dzenie do pomiaru wyd³u¿enia( umocowane na sta³e do œciany,z zamocowanymi dwoma mikroskopami pomiarowymi i elementem mierzonym 
tzn. drutem
-przymiar liniowy (milimetrowy)
-œruba mikrometryczna
-komplet obci¹¿ników 6*1[kg] SYMBOL 68 \f "Symbol"m= SYMBOL 177 \f "Symbol"0,01[kg]
*)Zestaw pomiarowy przeznaczony jest do wyznaczania  przyrostów d³ugoœci
drutu (zamocowanego na sta³e) w celu wyznaczenia modu³u Younga materia-
³u drutu metod¹ wyd³u¿enia.
*)WYKONANIE POMIARÓW  
**)Pomiar wielkoœci sta³ych elementu badanego
-d³ugoœæ pocz¹tkow¹ czêœci pomiarowej drutu pomiêdzy zamocowaniami wska-
Ÿników mierzymy przymiarem liniowym (milimetrowym) z dok³adnoœci¹ do 1
[mm]
-œrednicê drutu mierzymy œrub¹ mikrometryczn¹ w ró¿nych miejscach z dok³a-
dnoœci¹ do 0,01[mm] pomiar wykonujemy 10 razy, wyznaczamy œredni¹ kwadratow¹ i b³¹d œredni kwadratowy
**)Cechowanie mikroskopów pomiarowych (odzielnie górê i dó³)
-zmierzyæ œednice wskaŸników œrub¹ mikrometryczn¹ do 0,01[mm],pomiary 
wykonaæ 3-5 razy, wyznaczyæ œredni¹kwadratow¹ iœrednie b³êdy arytmetyczne
-zmierzyæ w dzia³kach œrednice wska¿ników za pomoc¹mikroskopów  pomiar powtórzyæ 3-5 razy z dok³adnoœci¹ do pó³ dzia³ki wyznaczyæ œrednie i b³êdy arytmetyczne


**)Pomiar wyd³u¿enia drutu w zale¿noœci od si³y osiowej
-wyznaczyæ po³o¿enia wybranych krawêdzi górnego i dolnego wskaŸnika dla
kolejnych wielkoœci obci¹¿enia po na³o¿eni obci¹¿nika wynikaj¹cych z tarcia 
elementów ,wykonaæpomiary dla rosn¹cych obci¹¿eñ i dla malej¹cych.Obliczyæ wartoœci œrednie dlatakich samych obci¹¿eñ.  

 Wyniki zamieszczone s¹ w poni¿szych tabelkach.


OSAD MSDraw   \* mergeformat


OSAD MSDraw   \* mergeformat

Rys.1. Urz¹dzenie do pomiaru wyd³u¿enia drutu.
*)Pomiar pocz¹tkowej d³ugoœci czêœci pomiarowej drutu (odleg³oœæ miêdzy punktem A i B).      
  Pomiary wykonane przyrz¹dem milimetrowym.

	|CB| = 221 mm	D= SYMBOL 177 \f "Symbol" 1 mm
	|CA| = 767 mm	D= SYMBOL 177 \f "Symbol" 1 mm

Lo= |CA| - |CB| = 767 - 221 = 546 mm	DLo= (1 + 1) mm = SYMBOL 177 \f "Symbol" 2 mm

*)Pomiary: œrednicy drutu (d), œrednic wskaŸników punktu A i B na drucie. Pomiary zosta³y    
  wykonane œrub¹ mikrometryczn¹.

Tab. 1

nr pomiaru
di  
[mm]
Ddi 
[mm]
WAi 
[mm]
DWAi [mm]
WBi
[mm]
DWBi [mm]

1
0,85
0,016
0.59
0.002
0.70
0

2
0,85
0.,016
0.59
0.002
0.70
0

3
0,87
-0,004
0.60
-0.008
0.69
0

4
0,83
0,036
0.59
0.002
0.70
0

5
0,88
-0,014
0.59
0.002
0.70
0

6
0,88
-0,014





7
0,88
-0,014





8
0,87
-0,004





9
0,87
-0,004





10
0,88
-0,014





wart. œrednia
dœr =
0,866
Ddœr =
0,0136
WAœr =
0.592
DWAœr =
0.0032
WBœr =
0.7
DWBœr =0




œrednica drutu:		d    =  dœr = (0,866 SYMBOL 177 \f "Symbol"  0.0136)  		[mm]
gruboœæ wskaŸnika A: 	qA = WA= WAœr = 	(0.592 SYMBOL 177 \f "Symbol"SYMBOL 32 \f "Symbol"0.0032) 	[mm]
gruboœæ wskaŸnika B:  	qB = WB = WBœr = 	(0.7 SYMBOL 177 \f "Symbol" 0) 	[mm]

*) Pomiar gruboœci wskaŸników za pomoc¹ mikroskopu.

Tab 2.

wielkoϾ mierzona
wskaŸnik punktu B
wskaŸnik punktu A

y - góra wskaŸnika
6155
5060

x - dó³ wskaŸnika
8330
7640

q' = (x - y) 
- gruboœæ wskaŸnika

2175

2580


* Wyliczenie wartoœci dzia³ki mikroskopu :
	w= q / q'	gdzie:	q  - gruboœæ wskaŸnika zmierzonego za pomoc¹ œruby 					mikrometrycznej (wielkoœci: WBœr i WAœr(tabela 1))  
				q' - liczba dzia³ek jak¹ zajmuje obraz wskaŸnika (tabela 2)
*) dla wskaŸnika A:
	w= WAœr / 2175 = 0.592 / 2175 = 2.7218E-4 
	[ mm / 1 dzia³ka mikroskopu ]

*)dla wskaŸnika B:
	w= WBœr / 2580 = 0.7 / 2580 = 2.7131E-4    
 	[ mm / 1 dzia³ka mikroskopu ]

Przyjmujê wartoœæ œredni¹:
	wœr= (2.7218E-4 + 2.7131E-4) / 2 = 2.7174E-4
	[ mm / 1 dzia³ka mikroskopu ]

*) Pomiar wyd³u¿enia drutu pod wp³ywem obci¹¿enia.

Tab 3.

L. p.
m
wsk. A
wsk. B
DL
DL
DL/Lo
d


[ kg ]
dzia³ka
mikr. 
dzia³ka
mikr.
dzia³ka  
mikr.
[ mm ]
[ - ] 
[N/m*m]

1
0
5735
5070
0
0
0
0

2
1
5510
4740
105
0.0285705
5.232692E-5
16655441,55

3
2
5315
4365
285
0.0775485
1.420302E-4
33310883,09

4
3
5230
4125
440
0.119724
2.192747E-4
49966324,64

5
4
5060
3815
580
0.157818
2.89044E-4
66621766,19

6
5
4900
3465
770
0.209517
3.837308E-4
83277207,74

7
6
4745
3130
950
0.258495
4.734341E-4
99932649,28

1
5
4885
3420
800
0.21768
3.986813E-4
83277207,74

2
4
5010
3740
605
0.1646205
3.015028E-4
66621766,19

3
3
5130
4035
430
0.117003
2.142912E-4
49966324,64

4
2
5305
4320
320
0.087072
1.594725E-4
33310883,09

5
1
5470
4690
115
0.0312915
5.731044E-5
16655441,55


Gdzie:
	m- masa obci¹¿enia;
	wsk. A i wsk. B - odczyt z mikroskopu po³o¿enia wskaŸników;
	DL= (5070 - Bi) - (5735 - Ai)   - bezwzglêdne wyd³u¿enie drutu;
	DL/Lo - wzglêdne wyd³u¿enie drutu;
	SYMBOL 100 \f "Symbol" = F / S = (4*m*g)/(SYMBOL 112 \f "Symbol"*dœr2) - naprê¿enie drutu;

3.Przyk³adowe obliczenia:	

* Wielkoœci przyjête jako sta³e podczas doœwiadczenia:	
	g 	= 	9.81 		[ m / s2 ]
	dœr	=	0.866E-3	[ m ]
	p	=	3.1415
	Lo	=	546		[ mm ]
	wœr	= 	2.7174E-4	[ mm ]

* Wyliczenia wartoœci z tabeli 3:
- dla m= 1 kg:

	DL =  (5070 - 4740) - (5735 - 5510) = 105		[ dzia³ek mikroskopu ]
	DL = 105*wœr = 105 * 2.7174E-4 = 0.0285705	[ mm ]
	DL/Lo = 0.0285705 / 546 = 5.232692E-5	
	SYMBOL 100 \f "Symbol" = (4*m*g)/(SYMBOL 112 \f "Symbol"*dœr2) = 16655441,55			[ N / m2 ]

* Wyliczenie modu³u Young'a   E 

- dla przedzia³u Dm=  6 do 2 [ kg ]:

E= Dd / D(DL/Lo) = (99932649,28-3331088,09)/(4.734341E-4 - 1.420302E-4) =
	=  2,0102473 E11
- dla przedzia³u SYMBOL 68 \f "Symbol"m=od 1 do 6[kg]
E= Dd / D(DL/Lo) = (9,9932649,28-16655441,55)/(4.734341E-4 - 5,2322692E-5) =
	= 1,97 E11

4.Dyskusja b³êdów : 

*)b³¹d w wyznaczeniu d³ugoœci pocz¹tkowej drutu Lo (b³¹d = 2* dzia³ka przymiaru 	milimetrowego): 
DLo = SYMBOL 177 \f "Symbol" 2	[mm] 

*)b³¹d w wyznaczeniu po³o¿enia A lub B (b³¹d przyrz¹du = 1 dzia³ka mikroskopu): 

	...
Zgłoś jeśli naruszono regulamin