Порядок выполнения работы

1. Измерить расстояние между вершинами опорных призм 5 (рис. 6).

2. С помощью штангенциркуля измерить геометрические параметры исследуемых стержней (сталь и алюминий): ширину а и толщину b стержней.

3. Установить один из исследуемых стержней симметрично на опорные призмы 5 (рис. 6).

4. Определить положение верхней поверхности ненагруженного стержня. Для этого поворотом барабана 18 микрометра и перемещением микроскопического винта 16 (рис. 7) добиться загорания сигнальной лампочки. Сделать отсчет L_o по микрометру.

5. Установить на чашку груз (масса m₁=1900 г для стального стержня и масса m₂=940 г для алюминиевого стержня).

6. Определить положение верхней поверхности нагруженного стержня.

Для этого поворотом барабана 18 микрометра и перемещением микроскопического винта 16 (рис. 7) добиться загорания сигнальной лампочки. Сделать отсчет L по микрометру.

7. Вычислить стрелу прогиба

 = L - L_o  мм.

Выразить стрелу прогиба в метрах и результат записать в таблицу.

8. Измерения по п.п. 4, 5, 6 и 7 провести 5 раз и результаты занести в таблицу.

9. Вычислить среднюю стрелу прогиба _ср..

10. Вычислить среднюю величину модуля Юнга по формуле (25).

Контрольные вопросы

1. Какие виды деформации вы знаете?

2. Сформулируйте закон Гука.

3. Каков смысл модуля Юнга и коэффициента Пуассона?

4. Каковы формула размерности и единица измерения модуля Юнга?

5. Вывести формулу упругой энергии.

Лабораторная работа 4

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ЗВУКА В ТВЕРДОМ ТЕЛЕ

Цель работы: определение скорости звука в твердых телах (сталь, латунь, алюминий).

Приборы и принадлежности: устройство для изучения звуковых волн (ФПВ, ОЗМ), электронный осциллограф, исследуемые стержни.

Теоретические сведения

Для определения скорости звука в твердых телах используется резонансный метод.

При механическом воздействии на конец исследуемого стержня возбуждается продольная звуковая волна, которая отражается от дру­гого конца стержня. При плавном изменении частоты можно получить стоячую волну.

При стоячей волне звуковых колебаний образуется резонанс, т.е. собственная частота колебаний стержня совпадает с частотой возбуж­дающей силы, что сопровождается увеличением амплитуды. При первой резонансной частоте на стержне уложится две четверти стоячей волны. Зная длину стержня, определяют длину звуковой волны и рассчиты­вают скорость ее распространения V в стержне по формуле

(1)

где 1 - длина стержня; - частота генератора.

Устройство ФПВ ОЗМ выполнено в виде электронного блока (1), над которым на стойке штатива закреплен кронштейн. На концах кронштейна закреплены датчик (2) и приемник (3). К средней части кронштейна при помощи замка (4) крепятся стержни (5).

Описание установки

На концах исследуемых стержней запрессованы шайбы из фер­ромагнитного материала. Общая длина стержня с шайбами равна 300мм. При подаче переменного напряжения на датчик ферромагнетика шайба притягивается и отталкивается, что приводит к появлению продольной акустической волны в стержне. Плавно изменяя частоту электрического сигнала, можно изменять частоту звука, а, следовательно, и длину вол­ны ().

При l=/2 возникает стоячая волна, и амплитуда колебаний вто­рого конца становится максимальной, что приводит к увеличению сиг­нала на приемнике. Сигнал с приемника после предварительного уси­ления регистрируется электронным осциллографом.

Порядок выполнения работы

1. Включить прибор ФВП ОЗМ и осциллограф в сеть (дать прогреться 1 мин).

2. Вставить один из исследуемых стержней в зажим замка.

3. Нажать на приборе ФВП ОЗМ кнопку "Металл ".

4. Вращением ручки,гвыход"получить на экране осциллографа синусои­дальный сигнал с амплитудой ≈ 3÷5 см.

5. Плавно изменяя частоту ручкой "частота", добиться сигнала с макси­мальной амплитудой, что будет соответствовать образованию стоячей волны.

6. Скорость звука определить по формуле (1).

7. Результаты занести в таблицу.

Таблица

№ стержня	№ измерения	νi	Δ νi	l	Δl
1	1 2 3 4 5

Контрольные вопросы

1. Как объяснить распространение колебаний в упругой среде? Что та­кое волна?

2. Что называется длиной волны?

3. При каких условиях образуется стоячая волна?

4. Чем стоячая волна отличается от бегущей?

5. Чему равно расстояние между соседними узлами и пучностями?

6. От чего зависит скорость звука в среде?