Лабораторна робота № 1. 5. Визначення коефіцієнта тертя кочення

Δx

γ

Дослід свідчить, що відносний зсув є пропорційним тангенціальній напрузі, тобто: , де G – коефіцієнт, який називається модулем зсуву, і, як і для модуля Юнга, його одиницею вимірювання є 1 Н/м².

Модуль Юнга і модуль зсуву повністю визначають механічні властивості однорідного твердого тіла у випадку пружних деформацій, зокрема швидкість поширення повздовжніх ( ) та поперечних
( ) звукових хвиль, де – густина речовини. Унаслідок поширеня повздовжніх хвиль в середовищі відбувається періодична деформація стиску і розтягу, а за поширення поперечних – деформація зсуву.

Для визначення модуля Юнга в роботі треба знати довжину дроту, площу поперечного перерізу та виміряти видовження під дією відомої сили. Найбільше труднощів виникає під час вимірювання видовження, оскільки ця величина є дуже малою. Усі інші величини вимірюють звичайним способом: довжину – за допомогою лінійки, діаметр – за допомогою мікрометра.

Для виконання лабораторної роботи використовують установку, зображену на рис. 1.4.3. Установка складається із досліджуваного стального дроту А, верхній кінець якого нерухомо закріплено в стінному кронштейні К, а до нижнього кінця дроту прикріплено платформу С, на яку можна накладати набір каліброваних тягарців Р. Тягарці, потрібні для розтягування дроту А, беруть зі спеціального підвісу D, закріпленого на тому ж кронштейні К. Розвантажуючи дріт, тягарці слід знову розмістити на підвісі, адже саме цим досягається постійне навантаження підвісу.

Лінійка L, встановлена вертикально поблизу дроту А, використовується для вимірювання початкової довжини дроту  від місця його вертикального закріплення до нижньої позначки B на дроті. Прецизійне вимірювання видовження дроту виконують за допомогою індикатора переміщення годинникового типу R, ціна поділки якого дорівнює 0,01 мм.

Для вимірювання видовження дроту під час його покрокового навантаження тягарцями щоразу фіксують показники індикатора годинникового типу R. Розтягальною силою, що діє з боку тягарців на дріт, є сила тяжіння, тобто F = mg, де m – сумарна маса усіх тягарців, що розтягують дріт, g = 9,81 м/с² – прискорення вільного падіння.

Нарешті, виразивши площу поперечного перерізу S через діаметр дроту d, з формули (1.4.2) отримаємо робочу формулу у вигляді:

, або .          (1.4.3)

Ця формула є справедливою за умови, що деформація, якої зазнає дріт, залишається в межах її пружності.

Порядок виконання роботи

1. Ознайомитися із лабораторною установкою (рис. 1.4.3).

2. Виміряти за допомогою мікрометра діаметр  та за допомогою лінійки  довжину дроту  до позначки  на ньому.

3. Записати видовження  дроту за показниками індикатора переміщення годинникового типу  до навантаження (тобто без тягарців на платформі С).

4. Покласти на платформу С перший тягарець із набору тягарців Р та записати його масу  і показники індикатора переміщення годинникового типу .

5. Поступово додати решту тягарців, виконуючи п.4 для кожного з них.

6. Отримані експериментальні дані записати до табл. 1.4.1.

7. Побудувати графік залежності видовження  дроту від маси тягарців m та визначити тангенс кута нахилу цієї залежності, тобто знайти відношення .

8. Розрахувати величину модуля Юнга Е за результатами досліду, використовуючи для цього формулу (1.4.3).

9. Визначити похибки вимірювання Е (див. [8], гл. І, розділ 3).

10. Порівняти отримане значення модуля Юнга Е з табличним його значенням для цього ж матеріалу.

Таблиця 1.4.1

№ п/п

, м

, м

m, кг

, м

, м/кг

E, 10⁹ Па

E_табл., 10⁹ Па

Контрольні запитання

1. Що називають деформацією твердого тіла?

2. Якою є залежність між видовженням тіла та прикладеним зусиллям?

3. Охарактеризуйте основні види деформації.

4. Що таке залишкова деформація?

5. Що таке відносна деформація?

6. Що таке межа пружності?

7. Сформулюйте та запишіть закон Гука.

8. Які умови застосовності закону Гука?

9. Фізичний зміст модуля Юнга. Розмірність модуля Юнга.

10. Що таке деформація зсуву?

11. Виведіть робочу формулу для розрахунку модуля Юнга (1.4.3).

12. Які ще методи вимірювання модуля Юнга вам відомі?

Мета роботи:вивчити явища тертя; експериментальним шляхом визначити коефіцієнт тертя кочення.

Познавательные статьи:



Коммуникативные барьеры и пути их преодоления

Рынок недвижимости. Сущность недвижимости

Решение задач с использованием генеалогического метода

История происхождения и развития детской игры