Лабораторна робота №2 (2 год)

 

ТЕМА: визначення модуля пружності ґуми

НАВЧАЛЬНА МЕТА: експериментально перевірити закон Гука і визначити модуль пружності

ОБЛАДНАННЯ ТА ОСНАЩЕННЯ: гумова смужка довжиною 20-30 см з дротяною петелькою на кінці; динамометр лабораторний на 4 Н; вимірювальна лінійка з міліметровими поділками; штангенциркуль.

 

ОСНОВНІ ТЕОРЕТИЧНІ ПЛОЖЕННЯ

 

При деформації тіла виникає сила, яка прагне відновити колишні розміри і форму тіла. Ця сила виникає внаслідок електромагнітної взаємодії між атомами і молекулами речовини. Її називають силою пружності.

Найпростішими видами деформації є деформація розтягу та тиснення:

Рисунок 1 – Деформація

 

Відношення ε = x / l називається відносною деформацією, а відношення σ = F / S = - Fупр / S, де S - площа поперечного перерізу деформованого тіла, називається напругою. Тоді закон Гуку можна сформулювати так: відносна деформація ε пропорційна напрузі σ:

Коефіцієнт E в цій формулі називається модулем Юнга. Модуль Юнга залежить тільки від властивостей матеріалу і не залежить від розмірів і форми тіла. Модуль Юнга різних матеріалів міняється в широких межах. Для сталі, наприклад, E ≈ 2•1011 Н/м², а для гуми E ≈ 2•106 Н/м², тобто на п'ять порядків менше.

Для розтягу тіла формулу закону Гука можна записати так:

звідки

де Е - модуль пружності (Юнга) речовини, з якої складається деформоване тіло. Якщо виміряти F, l, S і Δl, то можна визначити модуль пружності Е.

 

ХІД РОБОТИ

1 За допомогою штангенциркуля виміряйте ширину а і товщину b поперечного перерізу гумової смужки (або діаметр d, якщо переріз гуми - круг) і обчисліть її площу.

2 Закріпіть вільний кінець Гумової смужки з штативі і виміряйте її довжину від нижнього краю лапки штатива до петлі.

3 Зачепіть гачок динамометра за дротяну петлю і розтягуйте гуму. Виміряти силу пружності, яка виникає від розтягу гуми на 5, 10, 15, 20, 25, 30 мм

4 За даними досліду побудуйте графік залежності розтягу гуми від прикладеної до неї сили.

5 Виділіть на графіку прямолінійну ділянку, і в межах цієї ділянки обчисліть модуль пружності для трьох-чотирьох значень сили.

6 Обчисліть середнє значення модуля пружності. де n – кількість дослідів.

7 Розрахувати абсолютну ΔE та відносну ε похибки. , де n – кількість дослідів.

8 Результати вимірювань і обчислень запишіть у таблицю.

 

Таблиця 1 – Вимірювання та розрахунки

а, м	b, м	d,м (якщо переріз гуми круглий)	S,м2	l0, м	l, м	Δl, м	F, Н	E, Па	ΔE, Па	ε %

 

ЗМІСТ ЗВІТУ

1 Мета роботи

2 Обладнання

3 Таблиці з дослідженнями та розрахунками

4 Розрахунки

5 Висновки

 

КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ ДО ЗАХИСТУ:

 

1 Що характеризує модуль пружності?

2 Якщо для дослідів взяти Гумову смужку з більшим поперечним перерізом. То чи зміниться значення модуля пружності? А якщо смужка буде довша?

3 Чому для визначення модуля пружності треба брати значення сил у межах прямолінійної ділянки графіка?