金屬的彈性模量運用拉伸法測量的原理

zui簡(jiǎn)單的形變是線(xiàn)狀或棒狀物體受到長(cháng)度方向上的拉力作用，發(fā)生長(cháng)度伸長(cháng)。設金屬絲(或桿)的原長(cháng)為L(cháng)，橫截面積為S，在彈性限度內的拉力F作用下，伸長(cháng)了L。比值F/S為金屬絲單位橫截面積上所受的力，叫做脅強(或應力)，相對伸長(cháng)量 L/L叫脅變(或應變)。據虎克定律，脅強和脅變成正比，即： (1) 比例系數： (2) E叫做物體的彈性模量(或稱(chēng)楊氏模量)。E的大小與物體的粗細、長(cháng)短等形狀無(wú)關(guān)，只決定于材料的性質(zhì)，它是表示各種固體材料抗拒形變能力的重要物理量，是各種機械設計和工程技術(shù)選擇構件用材必須考慮的重要力學(xué)參量。 任何固體在外力作用下都會(huì )改變固體原來(lái)的形狀大小，這種現象叫做形變。一定限度以?xún)鹊耐饬Τ烦?，物體能*恢復原狀的形變，叫彈性形變。 楊氏彈性模量的測量方法有靜態(tài)測量法、共振法、脈沖傳輸法等，其中以共振法和脈沖法測量精度較高。楊氏彈性模量的靜態(tài)測量法就是在物體加載以后，測出物體的應力和應變，根據一定的計算式得到E值，主要有拉伸法、梁彎曲法等。 用力F作用在一立方形物體的上面，并使其下面固定(如圖一)，物體將發(fā)生形變成為斜的平行六面體，這種形變稱(chēng)為切變，出現切變后，距底面不同距離處的形變不同(AA'>BB')，而相對形變則相等,即 (6-3) 式中 稱(chēng)為切變角，當 值較小時(shí)，可用 代替 ，實(shí)驗表明，一定限度內切變角 與切應力 成正比，此處S為立方體平行于底的截面積，現以符號 表示切應力 ，則 (6-4) 比例系數G稱(chēng)切變模量。 測量切變模量的方法有靜態(tài)扭轉法、擺動(dòng)法。 實(shí)驗目的 1． 掌握測量固體楊氏彈性模量的一種方法。 2． 掌握測量微小伸長(cháng)量的光杠桿法原理和儀器的調節使用。 3． 學(xué)會(huì )一種數據處理方法——逐差法。 實(shí)驗儀器 楊氏模量?jì)x、尺讀望遠鏡、光杠桿、水準儀、千分尺、游標卡尺(精度0.02mm)及1kg砝碼9個(gè)。 實(shí)驗的詳細裝置如圖1所示。其中尺讀望遠鏡由望遠鏡和標尺架組成，望遠鏡的仰角可由仰角螺釘調節，望遠鏡的目鏡可以調節，還配有調焦手輪。楊氏模量?jì)x是一個(gè)較大的三腳架，裝有兩根平行的立柱，立柱上部橫梁中央可以固定金屬絲，立柱下部架有一個(gè)小平臺，用于架設光杠桿。小平臺的位置高低可沿立柱升降、調節、固定。三腳架的三個(gè)腳上配有三個(gè)螺絲，用于調節小平臺水平。 光杠桿如圖2所示，將一個(gè)小反射鏡裝在一個(gè)三腳架上，前兩腳和鏡子同面，后腳(或叫主桿、主腳)垂直鏡架，其長(cháng)度a可以調節。