Force-Extension图
- 材料对给定力的响应方式可以在力延伸图上显示出来
- 每种材料都有一个独特的力延伸图,这取决于如何脆或韧性它是
- 某种物质在一定程度上服从胡克定律
- 这在力延伸图上用a表示穿过原点的直线
- 随着更多的力的加入,图形可能开始略微弯曲
力延伸图的胡克定律区域是一条直线。弹性常数是这个区域的梯度
该图的主要特征是:
- 比例的极限
- 当拉伸一种材料时,超过该点胡克定律不再成立,即拉伸不再与施加的力成正比
- 在图上确定了直线开始弯曲(变平)的点
- 力常数k是单位延伸力达到比例的极限,超过这个限度,材料将不服从胡克定律
- 这是梯度曲线的直线部分
- 该图还可以包括弹性极限,这是:
- 材料可以拉伸并恢复到其原始长度的最大长度(超过此长度材料将不再是原始长度)弹性)
- 这一点总是后比例的极限
- 因此,k是梯度图的线性部分。胡克定律适用的地方
金属丝
- 金属线服从胡克定律,并能显示弹性变形直到其弹性极限
- 到此为止,加载曲线与卸载曲线相同
- 过了这一点,它就经历了塑料变形
- 卸载曲线与加载曲线具有相同的梯度
- 塑性变形导致金属丝永久延伸
橡胶
- 橡胶是一种弹性材料,所以它不会发生塑性变形,也不遵守胡克定律
- 加载曲线和卸载曲线之间的面积称为a磁滞回线
- 这个面积表示拉伸材料所做的功
- 当力被移走时,这种能量就转化为热能
- 这种材料的力延伸图的一个例子是:
- 收缩曲线总是低于拉伸曲线
- 该地区X代表了净功或者是热能消散在物质中
- 该地区X + y是最低能量需求将材料拉伸到e
高分子材料(聚乙烯)
- 聚乙烯是一种常见的聚合物或高分子材料
- 它不符合胡克定律和经验塑料变形:施加任何力时的变形
- 这使得它很容易拉伸成新的形状,但很难恢复到原来的形状
研究力延伸特性
实验目的
本实验的目的是研究金属弹簧、橡皮筋和聚乙烯条这三种材料的力和拉伸之间的关系
变量
- 独立变量=力/载荷(N)
- 因变量=分机号(m)
设备清单
- 决议测量设备:
- 米尺= 1毫米
方法
研究金属弹簧力扩展特性的实验装置
- 如图所示设置仪器。在夹具和凸台上悬挂一个弹簧,并固定好,这样它就不会脱落
- 将米尺垂直固定在夹具上,使用固定方尺确保它是直的,并将其放置在弹簧旁边
- 在弹簧底部记录米尺读数,并在这一点上放置基准标记。这是在有物体悬在上面之前的原始长度(空载)
- 从弹簧底部悬挂一个质量衣架。记录新的米尺读数,质量的数量和弹簧的延伸
- 再加一个质量。记录新的米尺读数,质量数,以及弹簧从原来长度延伸的总长度
- 重复这一步骤,直到弹簧被永久拉伸
- 重复橡胶带和聚乙烯带的实验
- 一个示例表可能是这样的:
结果分析
- 根据胡克定律:
F=kx
- 将其与直线方程y = mx进行比较
- y =载荷/力,F
- x =扩展,x
- 梯度=力常数,k
- 将施加在水平轴上的载荷和弹簧在垂直轴上的延伸绘制成图形,并绘制一条最佳拟合线
- 线性部分的梯度等于力常数,k
- 一定要测量梯度直只在截面上划线,因为这是在材料的弹性极限之内
实验评估
系统误差:
- 在与眼睛平齐的位置看米尺,以减少视差误差
- 使用固定尺确保直尺垂直于工作台或桌子
- 用基准笔标记材料的原始位置
随机误差:
- 在读数之前确保材料是静止的
- 重复实验几次,并计算出平均值
安全预防措施
- 在拉伸材料时,有在高张力下断裂的危险
- 应该佩戴护眼用具
- 吊架下面应该放一个盒子或落地垫,以防重物掉落
- 确保不要站在悬挂物体的正下方