Politechnika Krakowska Fizyka Techniczna |
Paweł Balawender |
Rok II 99/2000 Semestr III |
Data : |
Grupa : 1 Zespół : 7 |
|
Ćw. 12 |
Podpis :
|
|
|
|
Ocena:
|
Temat:
Wyznaczanie modułu sztywności G metodą dynamiczną.
Wprowadzenie:
Współczynnik sztywności G ( druga stała sprężystości, stała sprężystości poprzecznej) definiujemy na podstawie prawa Hooke'a.
Współczynnik sztywności G jest to stosunek składowej stycznej naprężenia τ do skręcenia prostego elementu objętości ciała, wywołanego przez to naprężenie (poniższy rysunek). Dla niezbyt dużych odkształceń jest on dla danego materiału wielkością stałą, zależną od temperatury.
Zasada pomiaru
Dla wyznaczenia G drutu z badanego materiału długości l, średnicy 2r, obciążony wibratorem w, skręcamy o niewielki kąt φokoło osi podłużnej. Moment sił sprężystych M ciągnący drut ku położeniu równowagi wynosi:
Równanie ruchu wibratora ma zatem postać:
gdzie J oznacza moment bezwładności wibratora względem głównej osi obrotu.
Jest to równanie drgań prostych o okresie:
Mierząc okres T, Długość drutu l, średnicę 2r, możemy przy znanym momencie bezwładności wibratora J wyliczyć G.
Ponieważ wyliczenie momentu bezwładności brył nie posiadających prostej postaci geometrycznej jest żmudne (a czasem niemożliwe),stosujemy metodę różnicową Gaussa. Wyznaczamy okres drgań T1 wibratora; następnie przez nałożenie na kołeczki wibratora czterech walcowych ciężarków powiększamy J o czterokrotny moment bezwładności J1, ciężarka względem głównej osi obrotu.
Według twierdzenia Steinera:
gdzie:
m , R - odpowiednio masa i promień walca
a - odległość osi walca od głównej osi obrotu.
Wyznaczamy okres T2 wibratora dodatkowo obciążonego. Z równań:
mamy:
T1 i T2 wyznaczamy mierząc kilkakrotnie za pomocą stopera czas przypadający na np.: 50 pełnych drgań i biorąc średnią; mierząc l - przymiarem metrowym dzielonym na milimetry, a i R - sufmiarką, r - mikromierzem w kilku miejscach, w kierunkach do siebie prostopadłych, szczególnie starannie, gdyż r jest we wzorze w czwartej potędze i błąd względny popełniony przy pomiarze r jest więc czterokrotnie większy w błędzie względnym G.
Zadania:
Wyznaczyć G dla stli i miedzi.
Obliczyć błąd procentowy pomiaru G.
Uwaga ! Pomiar G jest dużo prostszy, jeżeli rozporządzamy bryłą jednorodną o prostej postaci geometrycznej, np.: walcem lub prostopadłościanem, zaopatrzonym w uchwyt dla drutu. Bryła ta powinna mieć tak duży moment bezwładności, aby drgania były powolne i dogodne tym samym do zmierzenia ich okresu.
1
2
α
ΔX
Ï„
Wyszukiwarka