Исследование упругих свойств твердого тела

Оборудование: 1) прибор для изучения деформации растяже­ния; 2) индикатор часового типа 0-10 мм, 3) микрометр для изме­рения с точностью до 0,01 мм; 4) линейка измерительная 300-500 мм; 5) образцы проволоки длинной 600-700 мм: две стальные диа­метром 0,2-0,3 мм и 0,3-0,5 мм и две медные диаметром 0,5-0,8 мм и 0,8-1 мм.

Выполнение работы

Прибор для выполнения этой работы устроен следующим об­разом. Между двумя направляющими железными стержнями а, скрепленными по концам подставками б, вмонтирован динамометр в в виде стальной пружины. Динамометр заканчивается втулкой с прорезью, в которой находится съемный вкладыш г для закрепления проволоки.

С противоположной стороны прибора установлен червячный механизм д, подобный тем, которые часто применяются в музыкаль­ных инструментах для натяжения струны. Проволока одним концом прикрепляется посредством вкладыша к динамометру, а другим – к оси червячного механизма.

При вращении колка начинает вращаться ось механизма, на которую при этом наматывается проволока. Одновременно начина­ет растягиваться пружина динамометра, о чем можно судить по его указателю, перемещающемуся по шкале е, градуированной в кило­граммах.

Для определения величины удлинения проволоки прибор снабжен специальным приспособлением. Это приспособление со­стоит из двух ползунков ж, упорного стержня з и индикатора и, изме­ряющего удлинение исследуемого участка. Индикатор часового типа действует на растяжение и сжатие и позволяет производить измере­ния в пределах 0-10 мм с точностью до 0,01 мм.

Опыт показывает, что даже тщательное прикрепление концов проволоки к динамометру и к оси червячного механизма не исклю­чает при растяжении разматывание проволоки в местах крепления. Это разматывание часто искажает результаты опыта, поэтому в описанном приборе измеряется удлинение не всей проволоки, а лишь части, ограниченной двумя ползунками, к которым проволока прикрепляется с помощью винтовых зажимов к.

К одному из ползунков, расположенному вблизи червячного механизма, жестко прикреплен упорный стержень з с пластмассовой насадкой на конце, а на другом установлен индикатор. Стержень упирается в ножку индикатора.

В процессе растяжения измеряется длина всей проволоки, вследствие чего изменяется и расстояние между ползунками. Упор­ный стержень начинает отходить от ножки индикатора, и стрелка последнего перемещается, показывая, насколько удлинился иссле­дуемый интервал проволоки.

Динамометр и описанное приспособление позволяет измерять одновременно и величины действующих сил, и соответствующие им удлинения проволоки. При этом достаточно большая точность ин­дикатора (0,01 мм) дает возможность подробно исследовать упругие свойства металла, пользуясь проволоками сравнительно малой дли­ны (200-400 мм).

Подготовка прибора к работе заключается в прикреплении исследуемого образца к динамометру и червячному механизму и в установке стрелки индикатора на нуль шкалы, когда проволока на­ходится в начале опыта в ненагруженном состоянии. Проволоку прикрепляют к оси червячного механизма точно так же, как струну в музыкальных инструментах. Для этого конец проволоки вставля­ют в отверстие оси и, вращая колок наматывают ее на ось, делая 3–4 оборота. Затем продевают проволоку через отверстие, имеющееся в середине подставки прибора, на которой укреплен червячный ме­ханизм, и протягивают проволоку между направляющими железными стержнями.

Далее вынимают вкладыш из втулки динамометра, продевают проволоку через отверстие вкладыша и наматывают на него свобод­ный конец проволоки. После этого вкладыш устанавливают на ме­сто. Проволоку несколько натягивают, для чего поворачивают ко­лок червячного механизма и следят по шкале динамометра, чтобы натяжение соответствовало перемещению указателя на 1–2 деления.

После укрепления проволоки слегка отвертывают винтовые зажимы ползунков и устанавливают его друг от друга на расстоянии 200–400 мм, соответствующем выполняемой задаче. Затем подкла­дывают под них проволоку, располагая ее по прямой линии, и за­крепляют зажимы.

Наконец, переходят к установке стрелок динамометра и ин­дикатора в нулевое положение. Для этого сначала отпускают прово­локу, вращая колок червячного механизма до тех пор, пока указа­тель динамометра не установится против нулевого деления. Затем отпускают винтовой зажим упорного стержня и подвигают его ос­торожно вперед до тех пор, пока стрелка не сделает 4-6 полных оборотов и не установится на нуль. После этого зажимают винт, укрепляющий упорный стержень на ползунке.

Задача состоит в исследовании других свойств стали и меди и в определении модуля упругости одного из материалов. Сначала укрепляют в приборе стальную проволоку, диаметр которой до ус­тановки измеряют в двух-трех местах с помощью микрометра. Если показания микрометра отличаются друг от друга, то записывают наименьший диаметр, по которому и вычисляют площадь попереч­ного сечения S. Затем с помощью миллиметровой линейки измеря­ют длину исследуемого интервала проволоки l, т.е. интервала между зажимами ползунков. При этом нужно измерять расстояние между центрами винтовых зажимов.

Записав результаты измерений и вычислив площадь попереч­ного сечения проволоки, приступают к ее растяжению. Поворачи­вая колок червячного механизма, постепенно увеличивают нагрузку(1, 2,3 и т.д. делений шкалы динамометра) и каждый раз наблюда­ют удлинения. Дойдя до 5-го деления, начинают вращать колок в обратную сторону, т.е. «снимать» нагрузку, следя за тем, как укора­чивается проволока.

Убедившись, что проволока упруга, повторяют опыт и резуль­таты наблюдений записывают в следующую таблицу:

Показания динамометра, 1∙9,8 Н	Показания по шкале индикатора, мм	Разность между удлинениями при двух последовательных нагрузках, мм

По данным таблицы рассчитать модуль упругости материала проволоки.

Лабораторная работа №7

Дата добавления: 2014-11-07