Методика эксперимента и обработка результатов

До начала измерений следует ознакомиться с установкой, установить ее горизонтально.

Задание 1: определение диаметра проволоки и длины исследуемого участка.

1. С помощью микрометра произвести не менее пяти измерений диаметра проволоки в различных местах. Вычислить среднее значение диаметра и рассчитать погрешность измерений диаметра.

2. С помощью линейки 4 стенда измерить длину проволоки .

Задание 2: определение зависимости удлинения проволоки от приложенной силы.

Вращая маховик 14, натянуть проволоку и по шкалам динамометра 12 и индикатора 6 определить начальное значение силы натяжения проволоки (указывается преподавателем) и соответствующее ему начальное значение удлинения . Далее вращением маховика 14 увеличивать силу натяжения проволоки до значений и определять соответствующие им значения удлинения . Получить не менее пяти дополнительных значений. Максимальное значение силы не должно превысить 50 Н. Заполнить таблицу 13.1, определяя силу натяжения проволоки по формуле:

, (13.12)

а линейное удлинение проволоки определить по формуле:

. (13.13)

Таблица 13.1

№ п/п	, Н	, мм	, Н	, мм
1.
2.
…
6-7.

Повторить не менее четырех раз определение зависимости удлинения проволоки от приложенной силы, причем измерения проводить при одних и тех же значениях приложенной силы. Затем для каждого значения силы натяжения проволоки определить среднее значение линейного удлинения проволоки .

Таблица 13.2

№ п/п	, Н	, мм
1.
2.
…
6-7.

Построить на миллиметровой бумаге график зависимости от , отложив по горизонтали значения силы, а по вертикали соответствующие удлинения проволоки. Укажите точки, соответствующие экспериментально полученным значениям из таблицы 13.2. Проведите прямую, наиболее близко соответствующую положению отмеченных экспериментальных точек. Найдите угловой коэффициент наклона этой прямой к горизонтальной оси. Запишем формулу (13.11) в следующем виде: . Отсюда имеем:

. (13.14)

Вычислить по формуле (13.14) значение модуля Юнга , взяв среднее значение диаметра проволоки. Рассчитать погрешность измерения модуля Юнга как косвенного измерения (использовать формулу (13.11)). Найти в справочнике значение модуля Юнга материала проволоки и сравнить с полученным экспериментально. Сделать вывод.

Задание 3: исследование зависимости плотности потенциальной энергии деформации от относительного удлинения.

Используя данные таблицы 13.2 и формулы (13.2), (13.11) и (13.8), заполните таблицу 13.3.

Таблица 13.3

№ п/п
1.
2.
…
6-7.

Постройте на миллиметровой бумаге график зависимости , нанеся точки, соответствующие данным таблицы 13.3. Здесь же постройте кривую, соответствующую уравнению (13.8), где использовать значение , полученное по формуле (13.14). Охарактеризуйте тип зависимости на основе полученного графика и сделайте пояснения на основе рассмотрения сути происходящих при деформации физических процессов.

Контрольные вопросы

1. Какой вид деформации твердого тела был исследован вами в данной работе? Какие величины количественно характеризуют этот вид деформации?

2. Дайте определение и поясните физический смысл модуля Юнга? Эта величина служит характеристикой данного образца, материала из которого он изготовлен или того и другого сразу? Каковы единицы измерения модуля Юнга?

3. В чем существенное отличие модуля Юнга от коэффициента упругости? Могут ли эти величины быть численно равны?

4. Имеет ли смысл говорить о значении модуля Юнга в случае неупругой деформации некоторого тела?

5. Дать определение продольной и поперечной относительных деформаций стержня. Как связаны эти величины?

6. Изобразите диаграмму растяжения металлического стержня и укажите на ней точки соответствующие пределу пропорциональности и пределу упругости. В чем сходство и в чем различие этих двух понятий?

7. Что называется потенциальной энергией? Что принимают за потенциальную энергию упругой деформации?

8. Каковы возможные источники погрешностей искомого результата?

Приложение 1

Отчет по лабораторной работе № 1