3.2 Описание экспериментальной установки

Внешний вид экспериментальной установки представлена на рисунке 4. Исследуемый стержень 1свободно лежит на опорах 2. На середину стержня подвешиваются грузы 3. Над стержнем располагается микрометр со стрелочным отсчетным устройством 4 (индикаторная головка), который укреплен неподвижно на поперечной пластине 5, связанной с основой прибора.

Рисунок 4 – Экспериментальная установка

Микрометр - универсальный инструмент, предназначенный для измерений с высокой точностью в области малых размеров. Действие микрометра основано на перемещении винта вдоль оси при вращении его в неподвижной гайке.

1 - корпус; 2 - циферблат; 3 - ободок; 4 - стрелка; 5 – указатель числа оборотов; 6 - гильза;

7 - измерительный стержень; 8 – измерительный наконечник

Рисунок 5 – Индикаторная головка

Микрометр со стрелочным отсчетным устройством (индикаторная измерительная головка) представлен на рисунке 5. Циферблат 2 имеет две шкалы (черные и красные цифры). Отсчет показаний производят по внешней (черной) шкале, если стрелка отклоняется вправо от нуля, причем отклонение берется со знаком плюс. Отсчет показаний при отклонении стрелки влево производят по внутренней (красной) шкале и берут со знаком минус. Перемещение измерительного стержня на целое число миллиметров приводит к полному обороту стрелки 4 и отсчитывается стрелкой указателя оборотов по малой шкале 5. Например, на фотографии (рисунок 5) показания прибора составляют 0,83 мм.

С помощью микрометра будем измерять прогиб стержня при его нагружении. Прежде всего, необходимо определить показания микрометра в отсутствии нагрузки. Это значение примем за нулевое. При нагружении стержня показания микрометра будут меняться. Отклонение показаний от нулевого значения и есть- стрела прогиба (рисунок 3).

Значение действующей силы определяется исходя из массы груза

, (7)

где g – ускорение свободного падения.

Чем больше действующая на стержень сила, тем больше должен быть его прогиб. Если деформация стержня подчиняется закону Гука, то зависимость должна быть линейной (рисунок 6).Таким образом, если по экспериментальным значениям удается построить график функции в виде прямой наклонной линии, проходящей через начало координат, то можно говорить о соблюдении закона Гука.

Рисунок 6 – Зависимость прогиба стержня от действующей силы

Обратите внимание, что экспериментальные точки вследствие влияния погрешностей измерений могут и не лежать на одной прямой. Поэтому следует провести такую усредненную прямую линию, для которой отклонения точек в обе стороны будут приблизительно одинаковыми.

4 Порядок выполнения работы

1. Ознакомьтесь с параметрами системы, приведенными в таблице 1.

2. Определите положение стержня при ненагруженной платформе n₀. Поскольку сам стержень немного изогнут, то положение стержня следует определить как среднее показание микрометра. Убедитесь, что стержень лежит на опорах так, что его концы выступают за опоры на равное расстояние. Не допускайте в процессе выполнения работы горизонтального перемещения стержня. Следует вращать стержень за один из его концов, выступающих за опору. При вращении стержня вокруг его оси за один полный оборот стержень пройдет ряд промежуточных состояний, в том числе прогибом вверх и вниз. При этом значения микрометра будут меняться от максимального (прогиб вверх) до минимального (прогиб вниз). Для определения среднего положения следует, осторожно вращая стержень вокруг его оси, определить максимальное и минимальное показания микрометра и вычислить из этих двух значений среднее арифметическое. Это и будет значение n₀, занесите это значение в таблицу 2.

3. Нагружаем стержень грузом массой 100г и определяем показание микрометра n₁ так же, как указано в пункте 2. Запишите это значение в таблицу 2.

4. Повторите действия пункта 3 с грузами массами 200, 300 и 400 г. Соответственно определите показания микрометра n₂, n₃, n₄.

5. Верните систему в исходное состояние.