П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы

Основные приборы и принадлежности

 

Штатив, исследуемая резина, набор грузов массой от 100 до 500г, микрометр, масштабная линейка.

 

Краткие теоретические сведения

РЕЗИНА - эластичный материал, образующийся в результате вулканизации
натурального (НК) и синтетических каучуков (СК). Представляет собой
сетчатый эластомер-продукт поперечного сшивания молекул каучуков
химическими связями. Свойства определяются как применяемым каучуком,
так и ингредиентами резиновой смеси (подробнее ниже). Резины, в общем,
имеют более высокую теплостойкость, чем каучуки. Современная
физическая теория упрочнения каучука объясняет повышение его прочности
наличием сил связи (адсорбции и адгезии), возникающих между каучуком и наполнителем, а также образованием непрерывной цепочно-сетчатой
структуры наполнителя вследствие взаимодействия между частицами
наполнителя. Возможно и химическое взаимодействие каучука с
наполнителем.

Резина является одним из важнейших конструкционных материалов, который
находит широкое применение в различных отраслях народного хозяйства и в
быту. Это обуславливается, прежде всего, ее уникальной способностью
значительно деформироваться при сравнительно небольших напряжениях,
изменять форму при механическом нагружении, практически сохраняя
постоянный объем, восстанавливать исходную форму после удаления
нагрузки, поглощать в процессе деформирования и рассеивать при
последующем восстановлении механическую энергию.
1. Твердая резина и мягкая резина

Изделия из твердой резины отличаются от изделий из мягкой резины
главным образом количеством серы (или другого агента), используемого при
вулканизации. Когда количество серы в резиновой смеси превышает 5%, в
результате вулканизации получается твердая резина. Резиновая смесь может
содержать до 47 частей серы на 100 частей каучука; при этом получается
твердый и жесткий продукт, называемый эбонитом, поскольку похож на
эбеновое (черное) дерево.

Изделия из твердой резины обладают хорошими диэлектрическими
свойствами и используются в электротехнической промышленности в
качестве изоляторов, например в распределительных щитах, вилках,
розетках, телефонах и аккумуляторах. Изготовленные с применением
твердой резины трубы, клапаны и арматура применяются в тех областях
химической промышленности, где требуется коррозионная стойкость.
Изготовление детских игрушек - еще одна статья потребления твердой
резины.

Твердость резины характеризуется сопротивлением вдавливанию в резину
металлической иглы или шарика (индентора) под действием усилия сжатой
пружины или под действием груза. Для определения твердости резины
применяются различные твердомеры. Часто для определения твердости
резины используется твердомер ТМ-2 (типа Шора), который имеет
притуплённую иглу, связанную с пружиной, находящейся внутри прибора.
Твердость определяется глубиной вдавливания иглы в образец под действием
сжатой пружины при соприкосновении плоскости основания прибора с
поверхностью образца (ГОСТ 263—75). Вдавливание иглы вызывает
пропорциональное перемещение стрелки по шкале прибора. Максимальная
твердость, соответствующая твердости стекла или металла, равна 100
условным единицам. Резина в зависимости от состава и степени
вулканизации имеет твердость в пределах от 40 до 90 условных единиц. С
увеличением содержания наполнителей и увеличением продолжительности
вулканизации твердость повышается; мягчители снижают твердость резины.
Резину можно рассматривать как сшитую коллоидную систему, в которой
каучук составляет дисперсионную среду, а наполнители - дисперсную фазу.

Высокая прочность; низкая остаточная деформация; большое относительное
удлинение;износостойкость; устойчивость к горению; водо- и паростойкость;
маслостойкость; устойчивость к температурным колебаниям; надежная
эксплуатация в широком диапазоне температур; высокая эластичность при
пониженных температурах; устойчивость к низкому давлению; устойчивость
к воздействию ультрафиолета и радиации.

 

Количественной мерой, характеризующей степень деформации является о т н о с и т е л ь н а я деформация (e) равная отношению абсолютной деформации (D x) к первоначальному значению величины (x), характеризующей форму или размер тела

 

		e =	D x
			x
Закон	Гука:	напряжение,			возникающее	в	упруго

 

деформированном теле, прямо пропорционально его относительной деформации

 

s =Ee

 

Здесь E - коэффициент упругости (модуль Юнга), численно равный напряжению, которое возникает при относительной деформации равной единице. Модуль упругости характеризует упругие свойства материала, измеряется в паскалях (1Па=1Н/м²), для стали имеет

величину Е=20*10¹⁰Н/м².МодульЮнга характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия.

 

В настоящей работе изучается только область упругих деформаций, которые возникают в резине при еѐ растяжении под действием нагрузки. Растяжение будет тем больше, чем больше нагрузка, кроме того, оно зависит от формы резины, еѐ размеров и состава материала. Измерив экспериментально растяжение резины, можно вычислить модуль Юнга деформации растяжения по формуле

E=P l_{0 /S} l

где Р- нагрузка в ньютонах, l₀ - длина резины, S - площадь поперечного сечения резины, l – абсолютное растяжение.

 

П о р я д о к в ы п о л н е н и я р а б о т ы

 

Описание установки.

Модуль Юнга вычисляют по формуле:

E =	F × l 0/ S (l - l0)
		÷ö

полученной из закона Гука. Здесь Е—модуль Юнга; F—сила упругости, возникающая в растянутом шнуре и равная весу прикрепленных к шнуру грузов; S -площадь поперечного сечения деформированного шнура; l₀ расстояние между метками А и В на нерастянутом шнуре (рис 1, б); l - расстояние между этими же метками на растянутом шнуре (рис 1, в). Площадь поперечного сечения выражается через формулу: S =a·b, где а – ширина образца, в – толщина образца.

 

Окончательно формула для определения модуля Юнга имеет вид:

 

 

 

6

 

1. Подготовьте отчѐт. Экспериментальные и расчетные данные заносите в таблицу 1.

 

Таблица 1

№

l 0

mi

li

Si

Fi

Ei

D Ei = Ei -

(D Ei)2

E

1

2

3

4

5

1

n

n

=

å Ei

å(D Ei)2

E

n

i =1

i =1

 

2. На резинке отметьте две метки (А и Б) (>15 см), измерьте расстояние между ними l₀.

 

3. При помощи микрометра измерить толщину b резины. С помощью линейки измерить ширину а резины. Определить площадь поперечного сечения резины.

 

4. Подвесить к резине груз массой m=100г. Измерить линейкой новое расстояние между метками А и Б l_i. Определить площадь поперечного сечения растянутой резины. Данный занести в таблицу.

 

5. Повторить измерения с разными массами грузов (от 100г до 900г).

 

6. Подставив в формулу (10) найденные значения, вычислить модуль Юнга резины.

 

7. Найти среднее значение модуля упругости и оценить абсолютную и относительную погрешность измерений.