¿Cuál es el módulo de Young del alambre de acero (informe del experimento de medición del módulo de Young)?
¿Cuál es el módulo de Young del alambre de acero?
El módulo de Young del alambre de acero es generalmente 2,0 veces 10 elevado a 11 Newton metros cuadrados negativos. Cantidad física que describe la capacidad de un material sólido para resistir la deformación. El módulo de Young mide la rigidez de un elastómero isotrópico.
Definido como la relación entre la tensión uniaxial y la deformación uniaxial dentro del rango aplicable de la ley de Hooke. Tiene una relación inclusiva con el módulo de elasticidad Además del módulo de Young, el módulo de elasticidad también incluye el módulo de volumen y el módulo de corte.
Informe del experimento de medición del módulo de Young
Medición del módulo de Young
Propósito experimental
1 Dominar la medición con un dispositivo de palanca ligera Los principios y métodos de pequeños cambios de longitud;
2. Aprenda un método para medir el módulo elástico de Young del metal;
3. Aprenda a utilizar el método de diferencia por diferencia para procesar datos. ?Instrumentos experimentales
Probador de módulo de Young, palanca de luz, telescopio y regla, micrómetro de espiral, pie de rey, cinta métrica, etc.
Principios experimentales
1 A Un alambre o varilla uniforme se estira ?
ΔL bajo la acción de una fuerza externa F a lo largo de su longitud. Según la ley de Hooke: dentro del límite elástico, el alargamiento relativo del cuerpo elástico ΔL/L es proporcional a la tensión externa F/S
. Es decir: ΔL/L=/E En la fórmula, E se llama módulo elástico de Young del metal. Es una cantidad física importante que describe la capacidad de los materiales metálicos para resistir la deformación. Su unidad es ?N·m- 2. ?. ? Supongamos que el diámetro del alambre de metal es d, entonces S=πd2/4, sustituya esta fórmula en la fórmula, podemos obtener:
E=4FL/πd2ΔL Al medir el módulo de Young según la fórmula, F, d y L son relativamente fáciles de medir, pero ΔL es un pequeño cambio en la longitud, lo cual es muy difícil de medir con precisión con instrumentos de medición de longitud comunes. En este experimento, se usó una palanca ligera para medir ΔL.
Contenido experimental
1. El dispositivo experimental es como se muestra en la Figura 2-9. Cuelgue la bandeja de pesas en el extremo inferior de la abrazadera del perno B, ajuste el perno W para hacer el acero. cable vertical y preste atención a
La abrazadera del perno B está ubicada en el medio del orificio redondo de la plataforma C y permite que B no tenga fricción con el orificio redondo cuando se mueve hacia arriba y hacia abajo. 2. Coloque la palanca de la luz y coloque el telescopio y la regla entre 1,5 y 2 m delante de la palanca de la luz. Ajuste visualmente de modo que la regla esté vertical
, el espejo plano de la palanca de luz esté paralelo a la regla, el telescopio y el espejo plano estén a la misma altura y miren directamente al espejo plano. 3. Ajuste la inclinación del espejo plano o telescopio y la posición izquierda y derecha del telescopio, y ajuste la parte óptica del telescopio para que la imagen de la regla vista en el telescopio sea clara y la línea de escala de la regla a0 esté en la misma altura que el telescopio. Coincide con la línea horizontal de la imagen en forma de cruz del telescopio y no tiene paralaje. Registre el valor a0 de la escala de la regla. 4. Agregue gradualmente pesas de la misma masa, observe la imagen de la escala en el telescopio, lea y anote las lecturas de escala correspondientes a1 y a2 que coinciden con los alambres transversales en secuencia, y luego disminuya una por una. de la misma masa, leer y registrar. 5. Utilice una regla de un metro para medir la distancia R desde el espejo plano hasta la regla y la longitud original L del alambre de acero. 6. Retire la palanca de la luz, haga tres marcas de los dedos en el papel y use un calibre vernier para medir la distancia vertical D desde el dedo trasero hasta los dos dedos delanteros. 7. Utilice un micrómetro de espiral para medir el diámetro d en diferentes posiciones del alambre de acero y encuentre el valor promedio.
Procesamiento de datos
Este experimento requiere los dos métodos siguientes para procesar los datos y calcular el módulo de Young del alambre de acero que se va a medir.
1. Utilice el método de diferencia por diferencia para procesar los datos. Enumere los datos medidos en el experimento en la Tabla 2-4.
l=±?cm? L=±?cm? R=±?cm? D=±?cm ¿Nota: L, R y D son medidas únicas y se pueden medir sus errores estándar? La mitad de la escala mínima de la herramienta. d=±?cm? Sustituya los datos obtenidos en la fórmula para calcular E, encuentre S y escriba los resultados de la medición. Tenga en cuenta que el l obtenido anteriormente es el alargamiento del alambre de acero correspondiente a cuántos kilogramos de peso se agregan.
2. Utilice el método gráfico para procesar los datos. Cambie la fórmula a: Donde: enumere la tabla de datos l~m según los datos obtenidos, dibuje el gráfico
l~m. y encuentre su pendiente K, y luego calcule E
Informe del experimento
Consejos especiales
Preguntas y respuestas para pensar
1. ¿Cuál es el principio de la palanca de luz? ¿Qué condiciones se deben cumplir?
2. En este experimento, cada longitud se mide con diferentes instrumentos y el número de mediciones es diferente. ¿Por qué se hace esto? Sigue el error y validez de
Explícalo desde una perspectiva digital.
3. Si el experimento se realiza correctamente, pero se obtiene un conjunto de datos como se muestra en la Figura 2-14, ¿cuál puede ser la causa y cómo lidiar con este conjunto de datos?
4. Usamos dos métodos en el procesamiento de datos. ¿Cuál procesó los datos con mayor precisión y por qué?
5. En este experimento, ¿qué error de medición tiene el mayor impacto en los resultados? /p>
Apéndice 1
Introducción al instrumento
1. Medidor de módulo de Young El diagrama esquemático del medidor de módulo de Young se muestra en la Figura 2-9. En la figura, A y B son abrazaderas de perno en ambos extremos del alambre de acero. Se cuelga una bandeja de pesas en el extremo inferior de B. Ajustar el perno W en la base del instrumento puede hacer que el alambre de acero quede vertical. , el alambre de acero es perpendicular a la plataforma C y B está simplemente suspendido en el centro del orificio circular de la plataforma C. ?
2. Palanca óptica 1. La palanca óptica es un dispositivo para medir pequeños cambios de longitud, como se muestra en la Figura 2-9. Un espejo plano P está fijado sobre un soporte en forma de T. Hay tres dedos en la parte inferior del soporte. Esta combinación se llama palanca óptica. En este experimento, los dos dedos delanteros se colocan en la ranura del borde delantero de la plataforma C y los dedos traseros se colocan en B. Con la ayuda del telescopio D y la regla E, se mide el alargamiento del alambre de acero desde la cambio de la posición de los dedos traseros con B. 2. La Figura 2-10 es un diagrama esquemático del principio de la palanca de luz. El espejo plano M de la palanca de luz es paralelo a la escala y perpendicular al telescopio. En este momento, se puede ver la imagen de escala reflejada por M. en el telescopio, y la imagen de escala está a la misma altura que el telescopio. La imagen de la escala a0 coincide con el filamento horizontal de la imagen de filamento cruzado del telescopio, es decir, la luz a0O es reflejada por el espejo plano y regresa a. el telescopio. Cuando el pie trasero de la palanca óptica cae una pequeña distancia ΔL, el espejo plano M gira un ángulo θ hasta la posición M′. En este momento, la imagen de una determinada escala a1 en la escala observada por el telescopio coincide con la línea horizontal en forma de cruz, es decir, la luz a1O ingresa al telescopio después de ser reflejada por el espejo plano. De acuerdo con la ley de reflexión, se obtiene ∠a1Oa0=2θ. Se puede ver en la Figura 2-10: En la fórmula, D es la distancia vertical desde la punta trasera de la palanca de la luz hasta los dos dedos delanteros, R es la. distancia desde el espejo hasta la regla, y l es el pie trasero de la palanca de la luz. La diferencia entre las lecturas de la escala antes y después de que la punta se mueva hacia abajo en ΔL. Dado que el ángulo de deflexión θ es muy pequeño, es aproximadamente: A partir de estas dos ecuaciones, la distancia de movimiento hacia abajo de la punta trasera de la palanca óptica se puede obtener como: A partir de esta ecuación, se puede ver que aunque ΔL es una longitud pequeña cambio que es difícil de medir, tomando RD y convirtiéndolo a través de la palanca óptica. La última cantidad l es una cantidad mayor y se puede leer en la escala usando un telescopio. Si se usa l/ΔL como tasa de aumento, entonces el aumento de. el sistema de palanca óptica
El múltiple es 2R/D. En los experimentos, D suele ser de 4 a 8 cm, R es de 1 a 2 my el aumento puede alcanzar de 25 a 100 veces.
Sustituyendo la fórmula y F=mg en la fórmula, podemos obtener: Esta es la fórmula de medición basada en este experimento. También hay una palanca de luz cuya estructura es similar a la anterior, excepto que el reflector plano se reemplaza por una lente plano-convexa con una superficie reflectante y el telescopio se reemplaza por una fuente de luz. En la aplicación real, al ajustar la distancia entre el reflector y la regla y la posición de la fuente de luz, etc., las líneas cruzadas en el vidrio frente a la fuente de luz se muestran claramente en la regla, y las pequeñas líneas cruzadas se muestran claramente. medido a través del desplazamiento de las líneas cruzadas en la regla. El cambio de longitud ΔL
, su fórmula de cálculo ΔL es exactamente la misma que la anterior.
Figura 2.11 Lecturas antes de colgar objetos pesados
Figura 2.12 Lecturas después de colgar objetos pesados 3. Telescopio La estructura del telescopio se muestra en la Figura 2-13. Los principales ajustes son los siguientes. : 1. Ajuste el ocular para aclarar la cruz observada.
¿1 ocular; 2 cables cruzados; lente de 3 objetivos? Figura 2-13 Diagrama esquemático del telescopio 2. Ajuste la lente del objetivo, es decir, empuje o tire lentamente del tubo I del objetivo. tubo de la lente K hasta que pueda retirarse del telescopio. Puede ver una imagen clara del objetivo en
. 3. Elimina el paralaje. Cuando los ojos del observador se mueven hacia arriba y hacia abajo, la posición relativa entre la imagen objetivo y la imagen en forma de cruz se observa a través del telescopio sin ninguna desviación, lo que se denomina sin paralaje.
Si hay paralaje, ajuste cuidadosamente la distancia relativa entre la lente del objetivo y el ocular hasta eliminar el paralaje.
Cálculo de los datos experimentales del módulo de Young
Los datos experimentales del módulo de Young se calculan según E=σ/ε. El módulo de Young es una cantidad física que describe la capacidad de un material sólido para resistir la deformación. Cuando un alambre de metal con longitud L y área de sección transversal S se estira ΔL bajo la acción de la fuerza F, F/S se llama tensión, y su significado físico es la fuerza ejercida por la unidad de área de sección transversal del alambre de metal. .
Introducción al módulo de Young
El módulo de Young, que es el módulo de elasticidad a lo largo de la dirección longitudinal, también es un término en mecánica de materiales. Debe su nombre a los resultados obtenidos por el médico y físico británico Thomas Young en 1807. Según la ley de Hooke, dentro del límite elástico de un objeto, la tensión es proporcional a la deformación y la relación se denomina módulo de Young del material.
Es una cantidad física que caracteriza las propiedades de un material y sólo depende de las propiedades físicas del propio material. El tamaño del módulo de Young indica la rigidez del material. Cuanto mayor sea el módulo de Young, es menos probable que se deforme.
El módulo de elasticidad de Young es una de las bases para seleccionar materiales para piezas mecánicas y es un parámetro comúnmente utilizado en el diseño de tecnología de ingeniería. La medición del módulo de Young es de gran importancia para estudiar las propiedades mecánicas de diversos materiales, como materiales metálicos, materiales de fibra óptica, semiconductores, nanomateriales, polímeros, cerámicas, caucho, etc. También se puede utilizar en diseño de piezas mecánicas, biomecánica, geología y otros campos.
Resumen de la experiencia del experimento del módulo de Young
Lo que se debe estudiar en este experimento es la deformación elástica, por lo que durante el experimento se debe tener en cuenta que la fuerza externa aplicada no puede ser demasiado grande para asegúrese de que el objeto permanezca en el Después de que se elimina la fuerza externa, el objeto puede volver a su forma original sin deformación normal. Durante el experimento, también debe prestar atención al proceso de operación de los pasos experimentales y seguir estas precauciones para evitar errores y errores que puedan ocurrir durante el experimento.
Este experimento tiene una alta precisión, por lo que pequeños errores pueden causar grandes errores, por lo que debemos tener cuidado y operar con cuidado.