Лабораторная работа №104 смк кгу определение модуля кручения стальной проволоки Редакция 1
жүктеу/скачать 62 Kb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ КРУЧЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИ
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 104 ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ КРУЧЕНИЯ СТАЛЬНОЙ ПРОВОЛОКИУчебная цель занятия. Все реальные тела деформируемы. Под действием приложенных сил они меняют свою форму или объем. Такие изменения называются деформациями. В случае твердых тел различают два предельных случая: деформации упругие и деформации пластические. Изучение деформации кручения методом крутильных колебаний на специальной установке позволяет определить модуль кручения материала, а также исследовать от чего зависит модуль кручения, какие превращения энергии происходят при крутильных колебаниях. Эта работа вырабатывает определённые умения и навыки работы с такого рода установками, изучить процесс перехода одного вида механической энергии в другую. Умение оценить и проанализировать полученные результаты. Содержание лабораторной работы. Необходимо экспериментально определить модуль кручения стальной проволоки и исследовать зависимость модуля кручения проволоки от формы и размеров тела. Базовый материал. Для успешного выполнения и сдачи работы необходимо знать законы сохранения и превращения энергии, виды деформаций твёрдого тела, зависимость модуля кручения не только от материала но и от его геометрических размеров, закон Гука для деформации кручения Подготовка к занятию: Повторить, а по необходимости, изучить вопросы базового материала. (Например, И.В. Савельев. Курс общей физики, т. 1. «Наука» 1989г., стр.47-51, И.В.Савельев курс общей физики,т.1 «Астрель» 2002г.стр.69-73, , Р.И.Грабовский Курс физики Москва «Высшая школа» 1980 г., стр.36,147, Г.С. Ландсберг Элементарный учебник физики,т.1 «Наука» стр. 137-144, лекционный материал. Входной контроль (самопроверка) Подготовка к лабораторной работе контролируется по подготовленному бланку лабораторной работы, согласно общим требованиям и ответам на вопросы: 1. Что такое деформация? 2. Какие виды деформации вы знаете? 3. Какие деформации называются упругими? Пластичными? 4. В чём состоит закон Гука? 5. Какой вид имеет закон Гука для деформации кручения? 6. Какой энергией обладает тело, совершающее колебательное движение? 7.От чего зависит модуль кручения 8. Какие стадии деформации тела разграничены пределом упругости? 9. Объясните (на примере ионного монокристалла) в чём состоит различие между упругой и пластической деформациями? 10. Запишите формулу расчёта момента инерции куба? Приборы, материалы, оборудование: крутильный маятник, куб, параллелепипед, штангенциркуль, секундомер. Теоретическое введение и исходные данные: Упругими называются деформации, исчезающие после прекращения действия приложенных сил. Пластическими или остаточными деформациями называют такие деформации, которые сохраняются в теле, по крайней мере частично, и после прекращения действия внешних приложенных сил. Механика описывает упругие свойства тел посредством некоторых эмпирически вводимых упругих постоянных, различных для различных тел и зависящих от их физического состояния. Тела мы будем считать идеально упругими. Так называются идеализированные тела, которые могут претерпевать только упругие, но не пластические деформации. Такими идеализациями можно пользоваться, когда силы, приложенные к реальным телам, не превосходят предела упругости. Для идеально упругих тел существует однозначная зависимость между действующими силами и вызываемыми ими деформациями. Мы ограничимся изучением только малых деформаций. Малыми называются упругие деформации, подчиняющиеся закону Гука. Это приближенный закон, согласно которому деформации пропорциональны силам, их вызывающим. Если деформации малы, то упругие постоянные тел не изменяются при деформациях. Отсюда следует, что если на тело действует несколько сил, то для вычисления результирующей деформации можно вычислить сначала деформации, вызываемые каждой силой в отдельности, а затем полученные деформации сложить. Это положение называется принципом суперпозиции малых деформаций. Деформации растяжения и сжатия, сдвига есть деформации однородные, т.е. такие, когда все бесконечно малые элементы тела деформированы одинаково. Деформации кручения и изгиба являются деформациями неоднородными. Это значит, что в этих случаях деформации внутри тела меняются от точки к точке. Возьмем однородную проволоку, закрепим её верхний конец, а к нижнему концу приложим закручивающие силы, создающие вращающий момент М относительно продольной оси проволоки. Проволока закрутится - каждый радиус нижнего основания её повернется вокруг продольной оси на угол φ Такая деформация называется кручением. Закон Гука для деформации кручения записывается в виде: М = f φ (1) где f - постоянная для данной проволоки величина, называемая её модулем кручения. Модуль кручения зависит не только от материала, но и от геометрических размеров проволоки. Для сплошной проволоки радиуса r где G -модуль сдвига материала проволоки, L -длина проволоки, r -радиус проволоки. Экспериментально модуль кручения можно измерить, наблюдая крутильные колебания тяжелого тела, подвешенного к нижнему концу проволоки. Эти колебания будут гармоническими с периодом Если момент инерции тела J известен, то, измерив период колебаний Т , можно вычислить модуль кручения по формуле: Порядок выполнения работы 1 . Помещаем куб или параллелепипед в зажимы рамки установки относительно свободных осей. 2. Измеряем время 10-15 колебаний и определяем период колебаний по формуле Т = t / n. Измерение времени 10-15 колебаний при различных начальных углах произвести только для ненагруженной рамки7 Далее по п.п.1. 3. Рассчитываем момент инерции тела с учетом его расположения. Для параллелепипеда момент инерции рассчитывается по формулам: Jx= m (b2 + c2)/ 12; Jy=m (a2 + c2)/ 12; Jz=m (a2 +b2)/ 12. 4. По формуле (4) рассчитываем модуль кручения. 5. Определяем абсолютную и относительную погрешности. Указания по выполнению работы: При закреплении куба или параллелепипеда между креплениями маятника и снятии с креплений придерживать его рукой. На электронном секундомере при снятии показаний времени например 10 колебаний необходимо на 9-том нажать кнопку «Стоп». Самоконтроль достижения цели. Цель работы считается достигнутой, если теоретическое значение измеренной величины отличается от практического не более, чем на 20%. В противном случае необходимо проанализировать ход работы, найти причину ошибки и при необходимости переделать работу. Вид отчетности: Отчет о выполнении работы предоставляется в общепринятом виде в срок, указанный преподавателем. При сдаче отчета необходимо обосновать полученные результаты выводами по работе, ответить на контрольные вопросы и дополнительные вопросы по теме исследования. Выходной контроль. За безукоризненно выполненную работу, блестящую защиту и ответы на контрольные и дополнительные вопросы присваивается 3 балла. Работы с несущественными погрешностями, но при хорошей защите получают 2 балла. Если работа выполнена с погрешностями и ответы на контрольные и дополнительные вопросы не полные или не точные, то за работу выставляется 1 балл. При сдаче работы позже срока определенного преподавателем, выставляется оценка «зачет» и баллы за работу не присваиваются. Домашнее задание. Для закрепления знаний умений и навыков, приобретенных при выполнении лабораторной работы необходимо в «Задачник по физике» Чертов А.Г.; Воробьёв А.А. выбрать и решить две задачи № 4.49-4.50,4.67 по определению модуля кручения. Решенные задачи прикладываются к отчету по лабораторной работе. Контрольные вопросы и задания. 1.Какой вид деформации называется кручением? 2.Выведите формулу периода колебаний физического маятника. 3.Дать определение однородных и неоднородных деформаций? 4.Какое превращение энергии происходит при крутильных колебаниях? 5.Сформулировать закон Гука для деформации кручения. 6.В каких единицах измеряется модуль кручения? 7.Почему стальной шарик хорошо отскакивает от камня и плохо отскакивает от асфальта? 8.С какой целью рукояткам некоторых механизмов (ворот, веялка, мясорубка и др.) придают S-образную форму? 9.Назовите единицу измерения кинетической энергии? 10.Какую величину называют моментом силы? жүктеу/скачать 62 Kb. Достарыңызбен бөлісу:
| ||||||||