- •Определение температуры и скорости разложения полимеров методом термогравиметрии
- •1. Краткие теоретические сведения
- •3. Порядок выполнения работы
- •5. Контрольные вопросы
- •Влияние углеродных наполнителей на прочностные свойства эпоксидных связующих
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Методика испытания и образцы
- •3. Порядок выполнения работы
- •4. Отчет о работе
- •5. Контрольные вопросы
- •Формование полимерных композиционных материалов методом прямого прессования
- •1. Краткие теоретические сведения
- •4. Отчет о работе
- •5. Контрольные вопросы
- •Определение пределов прочности при растяжении полимерных композиционных материалов
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Методика эксперимента
- •3. Порядок выполнения работы
- •5. Контрольные вопросы
- •Определение пределов прочности при сжатии полимерных композиционных материалов
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Методика эксперимента
- •3. Порядок выполнения работы
- •5. Контрольные вопросы
- •Определение плотности полимерных композиционных материалов методом гидростатического взвешивания
- •1. Краткие теоретические сведения
- •2. Методика эксперимента
- •3. Порядок выполнения работы
- •5. Контрольные вопросы
- •394026 Воронеж, Московский просп., 14
5. Контрольные вопросы
1. Для каких ПКМ испытания на сжатие являются основными?
2. Какую форму и размеры имеют образцы из ПКМ при испытаниях на сжатие?
3. Какова методика определения предела прочности при сжатии ПКМ?
4. Что называется диаграммой сжатия ПКМ?
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. ГОСТ 25.602-80. Расчеты и испытания на прочность. Методы механических испытаний композиционных материалов с полимерной матрицей (композитов). Метод испытания на сжатие при нормальной, повышенной и пониженной температурах. – Введ. 1981–07–01. – М: Государственный комитет СССР по стандартам, 1980. – 18 с.
Лабораторная работа № 14
Определение плотности полимерных композиционных материалов методом гидростатического взвешивания
Цель работы: знакомство с методом определения плотности ПКМ гидростатическим взвешиванием и получение навыков работы с аналитическими весами.
1. Краткие теоретические сведения
Плотностью среды называется физическая величина, численно равная массе среды в единице ее объема
. (1)
В Международной системе единиц СИ плотность измеряется в кг/м3.
Если плотность среды во всех ее точках одна и та же, среда называется однородной, в противном случае – неоднородной.
В том случае, когда некоторое тело имеет правильную форму (шар, цилиндр, параллелепипед, конус и т.п.), а вещество, из которого оно состоит, – однородная среда, для определения плотности материала, из которого оно изготовлено, можно воспользоваться непосредственно определением плотности. Для этого нужно измерить линейные размеры тела и по формулам определения объемов правильных тел вычислить объем тела. Так, для определения объема параллелепипеда нужно измерить его высоту, длину и ширину. Объем будет равен произведению этих трех величин. Аналогичные формулы имеются и для объемов других тел правильной формы. Для определения плотности тела достаточно взвесить его и поделить массу тела на объем. Если вещество в данном теле распределено неравномерно (вещество неоднородно, например, имеются включения другого вещества или пустоты и т.п.), то таким способом определяется средняя плотность вещества.
Если тело имеет неправильную форму и его объем нельзя найти с помощью простой математической формулы через линейные размеры, то воспользоваться определением плотности нельзя. В этом случае используется другой метод определения плотности – метод гидростатического взвешивания. В основе этого метода лежит закон Архимеда, который гласит: на всякое тело, погруженное в жидкость или газ, действует выталкивающая (архимедова) сила, равная весу вытесненной телом жидкости или газа. Сила Архимеда приложена к центру масс тела и направлена вертикально вверх.
Метод гидростатического взвешивания заключается в следующем. Сначала взвешивают тело в воздухе и находят его массу. Это значение массы, вообще говоря, приближенное, поскольку взвешивание выполняется в воздухе, а не в пустоте. Сила Архимеда, действующая на тело в воздухе, уменьшает показания весов, и масса тела определяется в этом случае по недостатку. Пока мы будем пренебрегать этой ошибкой, учтем ей позднее. Обозначим приближенную массу тела, определенную в воздухе, через m1.
Затем тело взвешивают в дистиллированной воде, плотность которой при 4-х градусах Цельсия равна точно 1000 кг/м3. Для определения ее плотности при другой температуре используется таблица зависимости плотности воды от температуры. Обозначим приближенную массу тела, определенную в воде, через m2 .
Зная эти две величины и пользуясь законом Архимеда, можно найти объем тела. А именно, согласно закону Архимеда, на тело в воде действует выталкивающая сила:
, (2)
где FA – величина силы Архимеда, которая направлена вверх; g – ускорение свободного падения; V – объем тела; ρ0 – плотность воды при данной температуре.
Наличие силы Архимеда приводит к уменьшению силы, которая действует на коромысло весов со стороны тела. Поэтому условие равновесия равноплечих весов можно записать следующим образом:
, (3)
где ρ1 – плотность тела.
Первое слагаемое в формуле (3) − масса тела, найденная в воздухе, умноженная на ускорение свободного падения, поэтому формулу (3) можно записать в виде:
. (4)
Из этого равенства находим объем тела:
. (5)
Определив объем тела, можно найти и его плотность. Для этого массу тела, найденную в воздухе, нужно разделить на этот объём:
. (6)
Это и есть формула определения плотности тела произвольной формы методом гидростатического взвешивания. Однако в этой формуле не учитывается тот факт, что воздух так же, как и вода, выталкивает погруженные в него тела с силой Архимеда. Поскольку сила Архимеда в воздухе не учитывается в формуле (6), эта формула является лишь приближенной. По этой причине она называется формулой неисправленной плотности. Чтобы исключить ошибку, связанную с наличием силы Архимеда в воздухе, нужно учесть эту силу в балансе сил (3).
На тело при взвешивании его в воздухе действует сила Архимеда, направленная вверх. В связи с этим при взвешивании в воздухе силы уравновешиваются следующим образом:
, (7)
где ρ2 – плотность воздуха при данной температуре.
При взвешивании тела в воде оно должно быть полностью погружено в воду. Поэтому непосредственно на него воздух не действует, и равенство (3) сохраняет силу. Из формулы (7) следует, что
. (8)
Тогда получаем новое равенство баланса сил:
. (9)
Из уравнения (9) находим объем тела:
. (10)
Однако для нахождения плотности тела теперь нельзя просто поделить m1 на этот объем, поскольку m1 − приближенная масса тела. Поэтому плотность тела найдем из формулы (7):
. (11)
Если привести к общему знаменателю правую часть равенства (11), получим:
. (12)
Эта формула носит название формулы исправленной плотности. Если в ней положить плотность воздуха равной нулю, она переходит в формулу неисправленной плотности.