Сделай Сам Свою Работу на 5

Порядок выполнения работы





ВВЕДЕНИЕ

 

 

Практикум по курсу ''Физика материалов легкой промышленности'' включает в себя работы по изучению различных свойств полимеров: механических (1), реологических (3,4), диэлектрических (6), оптических (7), гигроскопических (5).

А также в лабораторный практикум включена работа по изучению поверхностных явлений, происходящих в жидкостях, например, клеях.

В начале каждой лабораторной работы сформулирована цель данного задания, перечислены материалы и оборудование. Далее идет краткая теория, знакомящая студента с основами курса и позволяющая рассчитать определяемые величины, описание экспериментальных установок, методика и порядок выполнения работы и обработки экспериментальных данных. В конце описания каждой работы приводятся контрольные вопросы, позволяющие студенту провести самооценку своих знаний по данной теме.


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

ИЗМЕРЕНИЕ МОДУЛЯ УПРУГОСТИ РЕЗИНЫ

Оборудование: лабораторная установка.

 

Краткая теория

Под действием сил, приложенных к твёрдому телу, его форма меняется, т.е. происходит его деформация. При небольших упругих деформациях выполняется закон Гука:



s = E e, (1.1)

где s - напряжение,

E - модуль Юнга,

e - относительное удлинение.

Рассмотрим определение величин напряжения и относительного удлинения. Если к стержню, один конец которого закреплён, приложить силу, направленную вдоль оси (рис.1.1), то стержень удлиняется от первоначального значения lo до конечного l. Абсолютным удлинением называется величина

Dl= l- lo (1.2)

Относительным удлинением называется

отношение

. (1.3)

Напряжением называется сила, приходящаяся на единицу площади:

, (1.4)

где F – сила,

S – площадь поперечного сечения стержня.

Из закона Гука следует физический смысл модуля Юнга, который численно равен напряжению, при котором длина стержня увеличивается в два раза.

Закон Гука выполняется для упругих деформаций – таких, которые полностью исчезают после прекращения действия силы. Различные материалы обнаруживают упругие свойства при разных относительных удлинениях: до 1% для металлов и до десятков и сотен процентов для полимеров. Модуль Юнга также имеет разные значения: для стали – 2,1 × 10 11 Па, для стеклообразных полимеров – 1 ¸ 10 ГПа, для каучукообразных полимеров – 1 ¸ 10 МПа.



Один и тот же полимер в зависимости от условий испытаний (величины, скорости приложения нагрузки, температуры) может проявлять различные механические свойства. При низких температурах и высоких частотах воздействия, полимер может быть стеклообразным материалом. При деформациях менее 5 % он будет разрушаться или переходить в пластическое состояние. При высоких температурах или низких частотах тот же полимер может быть каучукообразным материалом и может иметь большое удлинение (около 100 %) без остаточной деформации. Остаточная деформация – это деформация, которая не исчезает после прекращения действия нагрузки. При ещё больших температурах и действии силы создаются необратимые деформации, т.е. полимер ведёт себя как высоковязкая жидкость.

Таким образом, модуль Юнга является характеристикой механических свойств полимеров, рассчитать которую можно по закону Гука (1.1):

(1.4)

Подставляя значения s и E из формул (1.5) и (1.3), получим

. (1.5)

Учитывая, что поперечное сечение резиновой ленты имеет форму прямоугольника с размерами а и b и площадью S = a × b, найдём модуль Юнга по формуле:

. (1.6)

 

Устройство экспериментальной установки

В данной лабораторной работе для измерения модуля Юнга используется

простейшая установка, показанная на рисунке 1.2.

1

3 2

 

Рисунок 1.2 - Рабочая схема установки

 

Установка состоит из динамометра 1, линейки 2 и резиновой ленты 3, для которой измеряется модуль Юнга. Растягивая резиновую ленту и измеряя значения сил с помощью динамометра и удлинения с помощью линейки, найдём значение модуля Юнга по формуле (1.6).



 

Порядок выполнения работы

1.3.1 Нанесите две метки на резиновую ленту.

1.3.2 Измерьте расстояние между ними lo на нерастянутой ленте и внесите в таблицу 1.1

 

Т а б л и ц а 1.1 – Результаты измерений

lo, м а, м b, м l, м F, м E, Па Dlо, м Dа, м Db, м DF, м eотн, % DЕ, Па
1
2
3

1.3.3 Измерьте штангенциркулем поперечные размеры резиновой ленты а и b в нерастянутом состоянии и внесите их в табл.1.1

1.3.4 Растяните ленту. Измерьте динамометром значение силы F. Измерьте линейкой расстояние l между метками на растянутой ленте. Внесите их в таблицу 1.1

1.3.5 Повторите измерения несколько раз, постепенно увеличивая значение силы.

1.3.6 Рассчитайте для каждого испытания значения модуля Юнга по формуле (1.7).

1.3.7 Определите абсолютные погрешности величин Dlо , Dа, Db, DF как приборные, т.е. равные половине цене деления измерительного прибора и внесите их в табл.1.1

1.3.8 Рассчитайте относительную погрешность измерения модуля Юнга по формуле:

DЕ DF DDа Db 2D

e отн = ¾ = ¾ + ¾ + ¾ + ¾ + ¾ ,

E F lo a b l- lo

и абсолютную погрешность:

DЕ = e отн E .

Внесите значения e отн и DЕ в таблицу 1.1

 

1.4 Контрольные вопросы

1.4.1 Каков физический смысл модуля Юнга ?

1.4.2 Какие виды деформаций имеют место для низко– и высокомолекулярных соединений ?

Что такое упругие и неупругие деформации ?

1.4.3 Что такое высокоэластичная деформация ?

1.4.4 В каких единицах измеряется модуль Юнга ?

1.4.5 Что такое диаграмма растяжения ?

1.4.6 Каков вид диаграммы растяжения для полимеров в разных состояниях ?

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ПОВЕРХНОСТНОГО

НАТЯЖЕНИЯ ЖИДКОСТИ ПО МЕТОДУ ОТРЫВА КОЛЬЦА

 

 

Цель работы:определить коэффициент поверхностного натяжения жидкости.

Оборудование:установка для определения коэффициента поверхностного натяжения жидкости, набор разновесов.

 

Краткая теория

Молекулы жидкости, расположенные в поверхностном слое и внутри жидкости, находятся в разных состояниях. На молекулу М1, расположенную внутри жидкости, действуют другие молекулы жидкости равномерно со всех сторон. Поэтому равнодействующая всех действующих на молекулу М2 сил равна нулю (рис.2.1).

 

 
 

 

 


М2

                         
     
 
   
 
   
 
   
   
 

 

 


_

R М1

       
 
 
   


Рисунок 2.1 - Силы, действующие на молекулы в жидкости и её поверхностном слое

 

На молекулу М2 действия сил со стороны молекул жидкости больше, чем со стороны молекул воздуха. Поэтому равнодействующая всех действующих на молекулу сил R направлена внутрь жидкости нормально к её поверхности. Отсюда следует, что на все молекулы, расположенные в тонком поверхностном слое, действуют силы, стремящиеся втянуть их внутрь жидкости. Поэтому поверхностный слой давит с большей силой на жидкость, создавая в ней так называемое внутреннее или молекулярное давление. Это давление очень велико, для воды 1,1×10 9 Н / м2.

Молекулы поверхностного слоя жидкости обладают избытком энергии по сравнению с молекулами, находящимися внутри жидкости. Это избыточная энергия называется свободной поверхностной энергией.

Стремление жидкости сохранить свою свободную поверхность называется поверхностным натяжением. Силы поверхностного натяжения направлены по касательной к поверхности жидкости.

Количественной характеристикой поверхностного натяжения является коэффициент поверхностного натяжения a , который численно равен силе F, действующей на единицу длины l контура, ограничивающего поверхность жидкости:

. (2.1)

Также коэффициент поверхностного натяжения численно равен свободной поверхностной энергии W, приходящейся на единицу площади поверхности S жидкости:

. (2.2)

Коэффициент поверхностного натяжения зависит от рода жидкости, температуры (уменьшается с повышением температуры), степени чистоты поверхности (изменяется от малейшего загрязнения), растворения в жидкости различных веществ. Поверхностно-активные вещества (ПАВ) адсорбируются на поверхности жидкости и уменьшают её свободную поверхностную энергию. Такими веществами являются жирные кислоты, их соли, спирты, эфиры и другие.

В данной работе для расчёта поверхностного натяжения используется метод отрыва кольца (рис.2.2). Для отрыва кольца от поверхности жидкости

 

требуется усилие, равное силе

поверхностного натяжения:

F = mg , (2.3)

где m – масса разновесок,

g – ускорение свободного падения.

d

D

Рисунок 2.2 - Метод отрыва кольца

Длина границ плёнки равна сумме наружной и внутренней границ металлического кольца:

l=pD + p (D – 2d)=2p(D-d), (2.4)

где D – наружный диаметр металлического кольца,

d - его толщина.

Тогда, исходя из формулы (2.1), найдём коэффициент поверхностного натяжения:

. (2.5)

 

 

 








Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 stydopedia.ru Все материалы защищены законодательством РФ.