Comprendere le proprietà fisiche dei materiali da costruzione è di vitale importanza per entrambi architetti e ingegneri nella progettazione di una struttura. Materiali diversi hanno diverse risposte a entrambi stress e tensione. Il rapporto tra sollecitazione e deformazione di un materiale è rappresentato come modulo di Young. Lo stress è la forza applicata su un oggetto diviso per l'area della sezione trasversale, considerando che il ceppo su un oggetto è l'estensione di un oggetto diviso per la sua lunghezza naturale. Modulo di Young è il rapporto tra lo stress e la deformazione di un oggetto.
Istruzioni
Set-up e raccolta dati
• Misurare lo spessore del filo di rame utilizzando il micrometro. Registrare il diametro del filo nel vostro notebook laboratorio. Misura il diametro di almeno cinque punti lungo la lunghezza del filo per ottenere un diametro medio rappresentativo.
• Montare una puleggia sul lato di un tavolo vicino alla fine.
• Tagliare un pezzo di filo 2-metri lungo e bloccare un'estremità sul tavolo 1,5 metri indietro dalla puleggia utilizzando il morsetto di G. Eseguire il filo sopra la puleggia e lasciarlo verso il pavimento.
• Mettere qualche giornale sul pavimento, sotto la puleggia.
• Attaccare un gancio di peso all'estremità del filo. Apporre l'etichetta bianca all'estremità del pezzo di filo.
• Posizionare un metro bastone accanto alla fine del filo. Utilizzare l'etichetta sul filo per trovare la lunghezza del filo. L'allungamento del filo durante l'esperimento può essere trovato tramite le misure del movimento dell'estremità dell'etichetta.
• Mettere un peso di 100g sul gancio del peso e registrare il peso e la distanza del movimento.
• Togliere i pesi ogni volta che si completa registrazione del peso, per vedere se il filo si restituisce alla relativa lunghezza originale.
• Continuare ad aggiungere pesi e registrazione dei dati per ogni peso appena aggiunto fino a quando il filo si rompe. Ogni volta che Aggiungi pesi, metterli delicatamente sul gancio.
Calcoli
• Calcolare lo spessore medio del filo di rame sulla base delle cinque misure che hai preso. Ad esempio, si supponga avete raccolto le seguenti misurazioni di spessore per il filo di rame in cinque punti diversi lungo la lunghezza del filo: 2.13, 1.96, 2.07, 2.20 e 2.17 micron. Sommare le cinque misure e dividere per cinque a cedere il diametro medio del filo di rame. Il diametro medio è 2,106 micrometri. Convertire micrometri a metri utilizzando 1 micrometro è pari a 1 x 10 ^-6 metri. Il diametro medio del filo di rame è 2,106 x 10 ^-6 metri.
• Calcolare l'area della sezione trasversale del filo rame utilizzando la formula geometrica, zona = pi raggio ^ 2. Usa il raggio è uguale a 1/2 del diametro. r = d / 2 = 2.106 x 10 ^ -6 / 2 = 1,053 x 10 ^-6 metri. Calcolare l'area della fine del filo di rame, un pi = r ^ 2 = pi (1,053 x 10 ^ -6) ^ 2 = pi 1.109 x 10 ^ -12 = 3,48 x 10 ^-12 metro ^ 2. La zona dell'estremità del filo è l'area della sezione trasversale.
• Trovare lo stress sul filo di rame utilizzando lo stress = F zona. La F = 100g numero di pesi gravità. Ad esempio, la forza associata con il quinto peso appeso dal filo è uguale a, F = 5 100g 9,8 m sec ^ 2. Force utilizza unità di Newton, che sono kg/m ^ 2. Convertire il peso in kg e risolvere per la forza. 100 g = 0,1 kg. F = 5 0,1 * 9,8 = 4,9 N/m ^ 2.
• Trovare il ceppo sul filo utilizzando ceppo = x / L, dove x è l'allungamento del filo e L è la lunghezza originale del filo. Ad esempio, si supponga che, dopo aver piazzato cinque pesi 100g sulla gruccia, la lunghezza del filo misurata 1,16 m con una lunghezza originale di 1,15 m. ceppo =. 01 / 1.15 = 8,7 x 10 ^ -3.
• Calcolare il modulo di Young dividendo lo stress per il ceppo. Ad esempio, al punto da 0,5 kg peso aggiunto lo stress è 4.9 e il ceppo è 8,7 x 10 ^ -3. Modulo di Young = sollecitazione / ceppo = 4.9 / 8,7 x 10 ^ -3 = 563.21 N/m ^ 2. Il miglior valore per il modulo di Young si trova tracciando stress contro ceppo per tutti i punti dati e calcolo della pendenza della retta risultante.