Выполнение работы

1. Включить секундомер в сеть.

2. Отклонить шар на расстояние b, и дав ему возможность двигаться, измерить продолжительность удара по секундомеру. Следует иметь в виду, что при ударе шар отскакивает на некоторое расстояние , которое нужно измерить. Для правильного измерения продолжительности удара необходимо рукой задержать шар после удара, чтобы он не соприкасался с телом повторно.

3. Не изменяя расстояния b измерить время удара не менее 10 раз и найти его среднее значение. Каждый раз надо измерять расстояние и также найти его среднее значение.

4. Вычислить скорости шара до и после удара.

5. По формулам /12/, /13/, /16/ найти работу сил сопротивления, коэффициент пропорциональности k и максимальную деформацию .

6. Выразить долю кинетической энергии затраченной на преодоление сопротивления в процентах.

7. Опыт повторить не менее трех раз при других значениях b.

Контрольные вопросы.

1. Что называется ударом?

2. Какой удар называется абсолютно упругим? неупругим?

3. Как экспериментально определяется скорость шара?

4. Приведите вывод рабочей формулы.

РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОДУЛЯ ЮНГА ИЗ РАСТЯЖЕНИЯ ПРОВОЛОКИ

Цель работы: Экспериментальная проверка закона Гука и определение модуля Юнга.

Оборудование: лабораторная установка, набор грузов.

Теоретическое введение

П од действием приложенных к нему сил всякое реальное тело деформируется, т.е. изменяет свои размеры или форму. Если после прекращения действия сил тело восстанавливает первоначальные размеры и форму, то деформация называется упругой. Деформации, не исчезающие после снятия внешних сил, называются остаточными.

Рассмотрим стержень длиной с площадью поперечного сечения S, к которому приложена сила F, направленная вдоль его оси и действие которой равномерно распределено по всему сечению (рис.8.1). Однородные стержни ведут себя при одностороннем растяжении или сжатии подобно пружине, т.е. под действием силы стержень растянется и его длина станет равна .

Величину

/1/

называют абсолютным удлинением (деформацией) стержня, а величину

/2/

относительным удлинением (деформацией) стержня.

Величину равную отношению силы F к площади поперечного сечения образца S, на которую действует сила, называют механическим напряжением ,

. /3/

По закону, экспериментально установленному Гуком, в пределах упругости тела, величина относительной деформации прямо пропорциональна приложенному механическому напряжению, т.е.

, /4/

где k – коэффициент упругости. Величина обратная коэффициенту упругости получила название модуля Юнга Е,

. /5/

С учетом /5/ закон Гука можно записать в виде

. /6/

И з выражения /6/ следует, что при , т.е. модуль Юнга численно равен механическому напряжению, которое растягивает образец вдвое, т.к. при этом .

Величина модуля Юнга определяется только свойствами материала образца и его обработкой.

Р ассмотрим диаграмму, полученную при испытании образца на статическое растяжение (рис.8.2). Здесь по горизонтальной оси откладывается относительная деформация , а по вертикальной оси – механическое напряжение . На участке ОА диаграммы имеет место упругая деформация, относительное удлинение прямо пропорционально механическому напряжению. Точка А предел упругости. На участке АВ возникает остаточная деформация, т.е. деформация не исчезающая после снятия внешних сил. Максимальная нагрузка которая действует на образец во время испытания соответствует точке С и определяет предел прочности образца.

Лабораторная установка представляет собой стальную проволоку изменение длины, которой определяется индикатором малых перемещений (рис. 8.3). Если на подвес положить груз массой , то на проволоку будет действовать сила . Так как площадь поперечного сечения , то механическое напряжение будет равно

. /7/