Фізика. Рівень стандарту. 10 клас. Сиротюк

Робота № 8. Визначення модуля пружності різних речовин

Варіант 1

Мета роботи: експериментально перевірити закон Гука і визначити модуль пружності гуми.

Обладнання: гумовий шнур завдовжки 20-30 см; динамометр Бакушинського; вимірювальна лінійка з міліметровими поділками, штангенциркуль, набір важків.

Підготовка до виконання роботи

Дайте відповіді на запитання:

1. Які види деформації відбуваються у тросі підйомного крана, стінах будинку, у мості, корпусі підводного човна, батискафа, стовбурі дерева у вітряну погоду, у свердлику, у валі токарного верстата?

2. Чим відрізняються деформації пластиліну, воску, свинцю від деформацій гуми, сталі?

3. На тіло у двох паралельних площинах діє протилежно напрямлена пара сил. Якого виду деформації зазнає тіло?

Розв’яжіть задачі:

1. Бетон добре протидіє стисканню, але погано витримує розтяг. Сталь має велику міцність на розтяг. Які властивості має залізобетон?

2. У скільки разів абсолютний розтяг мідної дротини більший, ніж залізної (Δl₁/Δl₂ - ?), якщо l₀₁ = l₀₂, S₀₁ = S₀₂ і діють на них однакові розтягувальні сили (F₁ = F₂)?

Теоретичні відомості

Мал. 18

Вагу вантажів визначаємо динамометром, діаметр шнура - штангенциркулем, відстань між позначками А і В - лінійкою. Відносну й абсолютну похибки вимірювання модуля Юнга визначають за формулами:

Похибкою π = 3,14 можна знехтувати.

Хід роботи

1. Підготуйте таблицю для записування результатів вимірювання й обчислень.

l0, М	l, м	Δl, м	D, м	ΔD, м	F, Н	ΔF, Н	Е, Па	ΔΕ, Па	ε, %

2. Складіть експериментальну установку.

3. Зробіть олівцем позначки на гумовому шнурі. Виміряйте відстань між позначками А і В на нерозтягнутому шнурі.

4. Визначте загальну масу важків і підвісьте їх до нижнього кінця шнура. Виміряйте відстань між рисками на шнурі і діаметр шнура в розтягнутому стані.

5. Обчисліть модуль Юнга гуми; відносну й абсолютну похибки вимірювання модуля Юнга.

6. Запишіть отриманий результат: Е = Е_лр ± ΔΕ, ε = ... %. Порівняйте цей результат з табличним. Зробіть висновки.

Творче завдання

Чому модуль Юнга виражається таким великим числом?

Варіант 2

Мета роботи: дослідити залежність видовження зразка від навантаження. Визначити модуль Юнга для капрона.

Обладнання: прилад для визначення модуля пружності, рулетка, мікрометр, важки, капронова нитка.

Підготовка до виконання роботи

Дайте відповіді на запитання:

1. Які деформації називають пружними?

2. Сформулюйте закон Гука.

3. Який фізичний зміст модуля Юнга?

4. Накресліть діаграму розтягу дроту і поясніть фізичний зміст окремих її ділянок.

Розв’яжіть задачу:

Якої довжини має бути мідний дріт, щоб він, якщо його підвісити вертикально, розірвався під дією власної ваги?

Теоретичні відомості

Деформацією називають зміну форми чи об’єму твердого тіла, яка спричинена дією зовнішніх сил. Якщо ці сили малі, то після припинення їх дії деформація зникає; якщо ж сили великі, то після припинення дії виявляється так звана залишкова деформація. У разі появи щонайменшої залишкової деформації кажуть, що досягнуто межі пружності.

Серед різних деформацій виділяють дві найпростіші: деформацію розтягу (стиску) і деформацію зсуву. Усі малі деформації можна розглядати як суму деяких розтягів (чи стисків) і зсувів.

Малі деформації задовольняють такі основні закони:

1. У межах пружності деформація пропорційна прикладеній напрузі.

2. Зі зміною напрямку дії зовнішньої сили змінюється тільки напрямок деформації без зміни її значення.

3. При дії кількох зовнішніх сил загальна деформація дорівнює сумі окремих деформацій (принцип суперпозиції малих деформацій).

Для малих деформацій розтягу чи стиску стержня справджується закон Гука:

Величину, обернену до α, називають модулем пружності під час розтягу, або модулем Юнга:

Опис установки

Мал. 19

Хід роботи

1. Виміряйте рулеткою довжину капронової нитки l₀ до стрілки-покажчика 5 при ненавантаженій платформі. Допустима похибка вимірювання - 1 см.

2. Мікрометром виміряйте діаметр нитки d. Вимірювання виконайте кілька разів у різних місцях і знайдіть з одержаних значень середнє арифметичне.

3. Запишіть початкове положення стрілки-покажчика n₀.

4. Навантажте платформу важком масою m. Під час обчислення сили тяжіння F, що діє на цей важок, g ≈ 10 м/с².

5. Запишіть положення стрілки n₁.

6. Навантажуйте платформу послідовно важками, збільшуючи масу їх щоразу на m г. Записуйте кожного разу покази стрілки n₂, n₃ і т. д.

7. Максимальне навантаження уточніть у вчителя.

8. Почніть розвантажувати платформу, знімаючи кожного разу також по m г. Записуйте щоразу покази стрілки n₆, n₅, n₄ і т. д. до n₀.

9. Побудуйте графік зміни видовження нитки зі зміною навантаження F: при F₁: Δl₁ = n₁ - n₀, а при F₂: Δl₂ = n₂ - n₀ і т. д.

10. Проаналізуйте одержаний графік. Чи виконується закон Гука?

11. Обчисліть для кожного видовження модуль Юнга за формулою:

12. Знайдіть середнє арифметичне з одержаних значень Е і порівняйте з табличним.

13. Результати вимірювань і обчислень можна подати у вигляді таблиці.

№	F = mg, Н	l0, М	d , м	Δl, м	Е, Н/м2	ΔΕ, Н/м2
1
2
3
.
.
Середнє значення	—			—

Творче завдання

Поясніть, чому сталеві троси різного діаметра виготовляють з певної кількості дротин меншого діаметра залежно від призначення троса.