Лабораторная работа №4 Тема: Измерение модуля упругости резины.

Лабораторная работа №4

Тема: Измерение модуля упругости резины.

Цель работы: Экспериментально определить модуль упругости материала.

Оборудование: штатив с муфтой и лапкой, резиновый шнур, набор гирь, штангенциркуль,  линейка.

Теоретические сведения:

Закон Гука – уравнение, связывающее напряжение и деформацию упругого материала: σ=Eε, где σ – механическое напряжение,                            ε – относительное удлинение,  E – модуль упругости (модуль Юнга) материала.

Для тонкого растяжимого стержня закон Гука имеет вид:  F=kDl  

Здесь F – сила натяжения стержня [Н], Dl — его удлинение [м], а k называется коэффициентом упругости (или жесткостью) [Н/м].

Проще всего измерить модуль упругости резины, так как она испытывает значительные деформации при небольших нагрузках. При этом закон Гука выполняется в довольно большом диапазоне деформаций.

Порядок выполнения работы

1.                  Измерить штангенциркулем начальный диаметр образца:

d₀= ________ мм = _________ м.

2.                  Нанести на среднем участке образца карандашом две тонкие метки на расстоянии 20 – 30 см друг от друга.

3.                  Измерить начальное расстояние между метками:

l₀ = _________ см = _________ м.

4.                  Подвесить образец на штативе и прикрепить к его нижнему концу N гирь. Определить общую массу гирь:

m₁=N₁m₀= ______ г = ______ кг.

5.      Определить общий вес гирь:

F₁=P₁=m₁g= ______ Н,

где g=9,8 м/с².

6.      Измерить расстояние между метками на растянутом шнуре l:

l₁ = ______ см = ______м.

7.      Повторить опыт еще два раза с разным количеством гирь.

8.                  Рассчитать площадь сечения образца в деформированном состоянии, исходя из того, что объем резины увеличивается незначительно при малых деформациях:

S₀l₀=Sl;               S=S₀l₀/l.

9.      Вычислить модуль упругости резины.

Так как: σ=E ε;           σ=F/S;                 ε= Dl/l0;               S0=πd²₀/4,

поэтому окончательная формула:

10.  Найти значение модуля упругости резины для каждого опыта:

Е₁= ___________ Па.

11.   Данные всех измерений и расчетов занести в таблицу:

12.              На основе полученных данных постройте график зависимости растяжения резины от приложенной силы.

13.   Определите абсолютную и относительную погрешность измерений.

Вывод _______________________________________________________

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон Гука.

2. Что называют механическим напряжением?

3. Какая деформация называется упругой, какая пластической?

4. От чего зависит абсолютная деформация при продольном растяжении или сжатии тела?

5. Какие материалы называют хрупкими?

6. Каков физический смысл модуля упругости (модуля Юнга)?

7. Под действием растягивающей силы длина стержня изменилась от 80 до 80,2 см. Определить абсолютное и относительное удлинение стержня.

8. Определить относительное укорочение при сжатии бетона, если нормальное механическое напряжение 8×10⁶ Па. Модуль Юнга бетона 40 ГПа. От чего зависит коэффициент жесткости в законе Гука (F=-k Dl)?