PROPRIETATI ELASTICE ALE CORPURILOR

Σχετικά έγγραφα
Planul determinat de normală şi un punct Ecuaţia generală Plane paralele Unghi diedru Planul determinat de 3 puncte necoliniare

DISTANŢA DINTRE DOUĂ DREPTE NECOPLANARE

Aplicaţii ale principiului I al termodinamicii la gazul ideal

Curs 10 Funcţii reale de mai multe variabile reale. Limite şi continuitate.

Analiza în curent continuu a schemelor electronice Eugenie Posdărăscu - DCE SEM 1 electronica.geniu.ro

RĂSPUNS Modulul de rezistenţă este o caracteristică geometrică a secţiunii transversale, scrisă faţă de una dintre axele de inerţie principale:,

(a) se numeşte derivata parţială a funcţiei f în raport cu variabila x i în punctul a.

Ecuaţia generală Probleme de tangenţă Sfera prin 4 puncte necoplanare. Elipsoidul Hiperboloizi Paraboloizi Conul Cilindrul. 1 Sfera.

Definiţia generală Cazul 1. Elipsa şi hiperbola Cercul Cazul 2. Parabola Reprezentari parametrice ale conicelor Tangente la conice

DETERMINAREA MODULULUI DE ELASTICITATE LA SOLIDE FOLOSIND O METODA DINAMICA

Metode iterative pentru probleme neliniare - contractii

2. Sisteme de forţe concurente...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

Determinarea momentului de inerţie prin metoda oscilaţiei şi cu ajutorul pendulului de torsiune. Huţanu Radu, Axinte Constantin Irimescu Luminita

5. FUNCŢII IMPLICITE. EXTREME CONDIŢIONATE.

Curs 14 Funcţii implicite. Facultatea de Hidrotehnică Universitatea Tehnică "Gh. Asachi"

MARCAREA REZISTOARELOR

a. 11 % b. 12 % c. 13 % d. 14 %

III. Serii absolut convergente. Serii semiconvergente. ii) semiconvergentă dacă este convergentă iar seria modulelor divergentă.

Profesor Blaga Mirela-Gabriela DREAPTA

2.1 Sfera. (EGS) ecuaţie care poartă denumirea de ecuaţia generală asferei. (EGS) reprezintă osferă cu centrul în punctul. 2 + p 2

Curs 1 Şiruri de numere reale

a n (ζ z 0 ) n. n=1 se numeste partea principala iar seria a n (z z 0 ) n se numeste partea

2. STATICA FLUIDELOR. 2.A. Presa hidraulică. Legea lui Arhimede

I. Forţa. I. 1. Efectul static şi efectul dinamic al forţei

Problema a II - a (10 puncte) Diferite circuite electrice

3. Momentul forţei în raport cu un punct...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...4

Integrala nedefinită (primitive)

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor X) functia f 1

Conice. Lect. dr. Constantin-Cosmin Todea. U.T. Cluj-Napoca

Curs 4 Serii de numere reale

V.7. Condiţii necesare de optimalitate cazul funcţiilor diferenţiabile

Metode de interpolare bazate pe diferenţe divizate

Dinamica. F = F 1 + F F n. si poarta denumirea de principiul suprapunerii fortelor.

Functii definitie, proprietati, grafic, functii elementare A. Definitii, proprietatile functiilor

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 3. Divizorul de tensiune. Divizorul de curent

Clasa a IX-a, Lucrul mecanic. Energia

Capitolul 1. Noțiuni Generale. 1.1 Definiții

SEMINAR 14. Funcţii de mai multe variabile (continuare) ( = 1 z(x,y) x = 0. x = f. x + f. y = f. = x. = 1 y. y = x ( y = = 0

5.5. REZOLVAREA CIRCUITELOR CU TRANZISTOARE BIPOLARE

15. Se dă bara O 1 AB, îndoită în unghi drept care se roteşte faţă de O 1 cu viteza unghiulară ω=const, axa se rotaţie fiind perpendiculară pe planul

Capitolul 14. Asamblari prin pene

Miscarea oscilatorie armonica ( Fisa nr. 2 )

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. bh lh 2. abc. abc. formula înălţimii

Esalonul Redus pe Linii (ERL). Subspatii.

Sisteme diferenţiale liniare de ordinul 1

riptografie şi Securitate

145. Sã se afle acceleraţiile celor trei corpuri din figurã. Ramurile firului care susţin scripetele mobil sunt verticale.

Capitolul ASAMBLAREA LAGĂRELOR LECŢIA 25

CUPRINS 3. Sisteme de forţe (continuare)... 1 Cuprins..1

COLEGIUL NATIONAL CONSTANTIN CARABELLA TARGOVISTE. CONCURSUL JUDETEAN DE MATEMATICA CEZAR IVANESCU Editia a VI-a 26 februarie 2005.

R R, f ( x) = x 7x+ 6. Determinați distanța dintre punctele de. B=, unde x și y sunt numere reale.

Deformarea Legea lui Hooke Forta elastica Constanta elastica Masa. Etape Interpretarea datelor Reprezentare grafica

Asupra unei inegalităţi date la barajul OBMJ 2006

CUPRINS 5. Reducerea sistemelor de forţe (continuare)... 1 Cuprins..1

Vectori liberi Produs scalar Produs vectorial Produsul mixt. 1 Vectori liberi. 2 Produs scalar. 3 Produs vectorial. 4 Produsul mixt.

VII.2. PROBLEME REZOLVATE

III. Statica III. Statica. Echilibrul mecanic al corpurilor. 1. Sistem de forțe concurente. Sistemul de forțe

Subiecte Clasa a VIII-a

5.4. MULTIPLEXOARE A 0 A 1 A 2

Conice - Câteva proprietǎţi elementare

DETERMINAREA COEFICIENTULUI DE FRECARE LA ROSTOGOLIRE

Seminar 5 Analiza stabilității sistemelor liniare

Laborator 11. Mulţimi Julia. Temă

Lucrul mecanic şi energia mecanică.

Lucrul mecanic. Puterea mecanică.

CURS MECANICA CONSTRUCŢIILOR

13. Grinzi cu zăbrele Metoda izolării nodurilor...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...


1. PROPRIETĂȚILE FLUIDELOR

DETERMINAREA ACCELERAŢIEI GRAVITAŢIONALE CU AJUTORUL UNUI PENDUL FIZIC

SERII NUMERICE. Definiţia 3.1. Fie (a n ) n n0 (n 0 IN) un şir de numere reale şi (s n ) n n0

1,4 cm. 1.Cum se schimbă deformaţia elastică ε = Δ l o. d) nu se schimbă.

GEOMETRIE PLANĂ TEOREME IMPORTANTE ARII. = înălţimea triunghiului echilateral h =, R =, r = R = bh lh 2 A D ++ D. abc. abc =


Lucrul si energia mecanica

Seminariile Capitolul X. Integrale Curbilinii: Serii Laurent şi Teorema Reziduurilor

3. REPREZENTAREA PLANULUI

Subiecte Clasa a VII-a

Capitolul 4 PROPRIETĂŢI TOPOLOGICE ŞI DE NUMĂRARE ALE LUI R. 4.1 Proprietăţi topologice ale lui R Puncte de acumulare

Unitatea atomică de masă (u.a.m.) = a 12-a parte din masa izotopului de carbon

Mecanica fluidelor. F 12 Forta ascensionala la lichide. Materiale : Prezentare experiment

14. Grinzi cu zăbrele Metoda secţiunilor...1 Cuprins...1 Introducere Aspecte teoretice Aplicaţii rezolvate...3

TEST GRILĂ DE VERIFICARE A CUNOŞTINŢELOR LA MATEMATICĂ-FIZICĂ VARIANTA 1 MATEMATICĂ

Lucrarea: MECANISME CU CAME SINTEZĂ: TRASAREA SPIRALEI LUI ARHIMEDE

CURS XI XII SINTEZĂ. 1 Algebra vectorială a vectorilor liberi

5.1. Noţiuni introductive

Functii Breviar teoretic 8 ianuarie ianuarie 2011

Seria Balmer. Determinarea constantei lui Rydberg

Algebra si Geometrie Seminar 9

SINTEZA MECANISMELOR CU CAME TRASAREA SPIRALEI LUI ARHIMEDE

II. Dinamica (2) Unde F și F sunt forța de acțiune respectiv de reacțiune, Fig. 1.

Exemple de probleme rezolvate pentru cursurile DEEA Tranzistoare bipolare cu joncţiuni

Aparate de măsurat. Măsurări electronice Rezumatul cursului 2. MEE - prof. dr. ing. Ioan D. Oltean 1

BARAJ DE JUNIORI,,Euclid Cipru, 28 mai 2012 (barajul 3)

Componente şi Circuite Electronice Pasive. Laborator 4. Măsurarea parametrilor mărimilor electrice

CIRCUITE LOGICE CU TB

Elemente de mecanică şi aplicaţii în biologie

Capitolul 4. Integrale improprii Integrale cu limite de integrare infinite

SOLICITAREA DE TRACŢIUNE COMPRESIUNE

CUPRINS 9. Echilibrul sistemelor de corpuri rigide... 1 Cuprins..1

Transcript:

PROPRIETATI ELASTICE ALE CORPURILOR Determinarea modulului de elasticitate a cauciucului. Determinarea constantei elastice a unui resort. Determinarea modulelor de torsiune şi de forfecare ale unei bare Scopul lucrării În această lucrare de laborator vom studia principalele deformaţii elastice:!deformaţia de alungire/comprimare,!deformaţia de forfecare,!deformaţia de torsiune. Se vor determina următoarele mărimi fizice: a). Modulul de elasticitate al cauciucului; b). Modulul de torsiune Γ al unei bare metalice; c). Modulul de forfecare G al unei bare metalice; d). Constanta elastică k a unui resort. Consideraţii teoretice După cum este cunoscut, sub efectul unor forţe externe sau interne, un corp solid îsi poate modifica dimensiunile şi volumul, fenomen care se numeşte deformare. În acest caz particulele constituente ale corpului îşi modifică poziţiile relative, astfel ca forţele care apar în urma deformării (denumite forţe elastice), să compenseze efectul forţelor externe sau interne. Dacă, după înlăturarea forţelor ce au determinat deformarea, corpul revine la forma iniţială, deformarea se numeşte elastică; in caz contrar ea se numeşte plastică. Un model simplificat ia în considerare numai cazul deformaţiilor reversibile, cînd: a) deformaţia este direct proporţională şi de acelaşi sens cu forţa-cauză; b) în cazul acţiunii mai multor forţe deformatoare, efectul total este egal cu suma deformaţiilor pe care le-ar determina fiecare forţă în parte (principiul superpoziţiei). 1. Deformaţia de alungire. Legea lui Hooke Să considerăm o bară de lungime l (mult mai mare decît celelalte dimensiuni) şi de secţiune S, prinsă la capătul superior de un suport rigid M (Fig. 1). Sub acţiunea unei forţe exterioare F, aplicată la capătul inferior al barei, aceasta suferă alungirea l = l' l. În noua poziţie de echilibru, forţa deformatoare este echilibrată de o forţă interioară F (!! e Fe = F ), care ia naştere în urma deformării; forţa Fe se numeşte forţa

elastică, iar raportul ε = l/l este denumit alungirea relativă.se constată experimental că, în cazul deformaţiilor elastice, alungirea relativă, ε, este direct proporţională cu efortul unitar σ (= F/S): ε = α σ (1) Ecuaţia (1) este exprimarea matematică a legii lui Hooke. Constanta α din (1 ) este denumită coeficientul de elasticitate al barei si ea este o proprietate de material. Inversul său, E = 1/α se numeşte modulul lui Young. E se măsoară, în Sistemul Internaţional de Unităţi, în N/m 2. Din ecuaţia (1) rezultă o proprietate de bază a forţei elastice: ea este direct proporţională cu alungirea l şi are sensul invers vectorului l!. 2. Deformaţia de forfecare Cînd asupra unei bare elastice acţionează un cuplu de forţe plasate în două secţiuni paralele, aceasta suferă o deformare de forfecare. Să considerăm, ca exemplu, o porţiune de bară paralelipipedică de lungime l şi secţiune S (Fig. 2). Forma iniţială a acesteia este reprezentată prin punctele ABCDA B C D, iar cea deformată, prin Fig. 1 A B C D A"B"C"D". Unghiul γ, format de planele (ABA B ) şi (A"B"A B ) poartă numele de unghi de forfecare. Se constată experimental că mărimea acestui unghi este proporţională cu raportul F/S, adică: γ = kf/ S (2) γ Fig. 2 Constanta de proporţionalitate k γ se numeşte coeficient de forfecare; ea depinde de natura materialului barei. Inversul acestei constante se numeşte modulul de forfecare, G. Unitatea sa de măsură în SI este N/m 2.

3. Deformaţia de torsiune Deformaţia de torsiune apare atunci când un cuplu de forţe acţionează în acelaşi plan asupra unui corp. În Fig. 3a este reprezentatăo bară cilindrică, de lungime l, secţiune S şi rază R, care a fost supusă unei deformaţii de torsiune de cuplul celor douăf orţe F, tangente la circumferinţa secţiunii. Înainte de aplicarea cuplului de forţe deformatoare generatoarele AA, BB şi CC erau linii drepte, paralele între ele şi cu axul cilindrului. După torsionare ele devin respectiv AA", BB" şi CC". Principiul acţiunii şi reacţiunii arată că, în urma aplicării, în planul secţiunii A B C a cuplului de forţe exterioare, în planul secţiunii ABC apare un cuplu de forţe Fig. 3 egale şi opuse celui exterior. Aceste două cupluri antagoniste determină o deformaţie de forfecare a diferitelor pături cilindrice coaxiale, cu unghiul γ (Fig. 3b). Să considerăm în planul bazei cilindrului un element de suprafaţă ds, aflat la distanţa r de centrul secţiunii circulare şi iniţial plasat pe raza OB 1 (Fig. 4). Sub efectul unei forţe elementare δf acest element de suprafaţă se deplasează în B 2, rotindu se cu unghiul γ faţăde suprafaţa echivalentă din capătul M al barei. Folosind ecuaţia de definiţie a modulului de forfecare (3), găsim: df = G γ ds (4) Cunoscând expresia elementului de arie ds, în coordonate polare: ds = r dθ dr (5) şi ţinînd cont de faptul că deformaţiile sînt mici (tg γ γ = B 1 B 2 / l = r ϕ / l), obţinem: df = G r 2 ϕ dr dθ / l Momentul acestei forţe elementare df faţăde punctul O (Fig. 3b) este: dm r,θ = r df = G r 3 ϕ dr dθ / l (6) iar momentul total, care acţioneazăasupra întregii coroane circulare de rază r:

dm r = 2π 0 G r 3 dr/l dθ = 2 π G r 3 ϕ dr/l Momentul total, M, ce acţioneazăasupra barei şi determină torsionarea ei se obţine prin integrarea relaţiei precedente (însumînd astfel toate momentele ce acţionează asupra tuturor păturilor cilindrice elementare): M = R 2 π G r 3 ϕ dr/l = π G ϕ R 4 /2l (7) 0 O relaţie similară legii lui Hooke se poate, deci, scrie folosind ecuaţia (7): ϕ = c M (8) în care constanta de proporţionalitate c este funcţie de material. Inversul său se numeşte modulul de torsiune Γ: Γ= 1/c = M / ϕ (9.1) Γ = G π R 4 / 2l (9.2) 4. Alungirea unui resort Deformaţiile elastice prezentate anterior constituie situaţii idealizate, în sensul că în practică ele nu apar independent, ci simultan. Se poate construi o teorie riguroasă, care să stabilească o legătură între coeficienţii de elasticitate amintiţi. Un exemplu simplu de corp elastic, care prezintă simultan, în cazul alungirii, şi deformaţii de forfecare, torsiune şi încovoiere îl constituie spirala elastică. Deoarece în practică, pentru caracterizarea proprietăţilor elastice ale unui resort este este dificil să se introducă toţi aceşti coeficienţi, se foloseşte o altă mărime, notată cu k şi denumită constanta elastică a resortului definită prin relaţia: k = F / x (10) în care F este intensitatea forţei care produce deformarea resortului. Forţa elastică, care apare în urma deformării resortului, este egală şi opusă lui F: F e = - k x Descrierea instalaţilor de lucru Instalaţiile experimentale descrise în cele ce urmează servesc pentru determinarea următoarelor mărimi fizice:! Modulul de elasticitate al cauciucului;! Modulul de torsiune Γ şi! Modulul de forfecare G ale unei bare metalice.! Constanta elastică k a unui resort În toate experimentele se foloseşte o metodă statică.

a) Pentru determinarea modulului lui Young, E, al un cordon de cauciuc se foloseşte dispozitivul experimental prezentat în Fig. 4. De un suport din material plastic A sunt prinse două bare verticale B, pe care poate culisa bara transversală C. De mijlocul acesteia se poate prinde materialul studiat, R, al cărui capăt inferior susţine rigla S a unui şubler, al cărui vernier V este fixat în suportul A. Acelaşi dispozitiv de măsurare a alungirilor va servi, în continuare, şi pentru determinarea constantei elastice a unui resort acesta fiind şi motivul pentru care în Fig. 4 este prezentat un resort R ca material de studiat. De capătul Fig. 4 inferior al riglei se agaţă în decursul experimentului corpuri de masă marcată m. b) Pentru determinarea modulului de torsiune şi de forfecare ale unei bare metalice se foloseşte dispozitivul experimental din fig. 5. El este constituit din doi suporţi metalici, A 1 şi A 2, consolidaţi prin două bare metalice B. Bara de studiat, T, este fixată la un capăt de suportul A 1, iar la celălalt, în mandrina M, solidară cu roata R, din material plastic. Fig. 5 Mişcarea de rotaţie a roţii R se execută datorită momentului forţei de greutate a corpului de masă m, suspendat de roată cu un fir vertical. Citirea unghiului de torsiune a barei de studiat se face folosind două ace indicatoare C 1 şi C 2, prinse în două puncte diferite ale barei T şi a două raportoare, D 1 şi D 2, fixate de suportul principal. Procedeul experimental "Pentru a determina modulul lui Young al cauciucului se procedează astfel: # în dispozitivul din Fig. 4 se fixează un cordon elastic de pe masa de lucru; $ se măsoară lungimea sa în stare nedeformată, cu ajutorul unei rigle, iar cu şublerul - diametrul cordonului; % se citeşte indicaţia x a şublerului; 01 & se încarcă capătul liber al riglei şublerului cu un corp de masă cunoscută m; are loc alungirea cordonului elastic; ' se citeşte alungirea x 1 = x 1 - x 01 ; ( se înlăturămasa m şi se notează din nou poziţia de echilibru x 01 ;

) rezultatele se trec în Tabelul 1; 1 2 3 Nr. crt... m (g) Tabelul 1 Determinarea modulului lui Young l (cm) D x 01 x 02 x *se repetă experimentul de 10 ori, folosind acelaşi corp de masă m; + se repetă experimentul, folosind şi alte corpuri de mase m 2, m 3, etc., se calculează modulul de elasticitate după ecuaţia: E (N/m 2 ) E = Fl / S x - se efectuează calculul erorilor pentru minimum 10 determinări. "Pentru a determina constantei elastice a unui resort se procedează astfel: # se foloseşte acelaşi dispozitiv experimental şi acelaşi procedeu ca mai sus, înlocuindu-se cordonul de cauciuc cu un resort elastic; $ se efectuează mai multe măsurători; % se trec datele experimentale în Tabelul 2 şi se calculeazăk şi k. Tabelul 2 Determinarea constantei elastice a unui resort Nr. crt m (g) x 01 x 02 x k (N/m) 1 2 3... & se efectueazăcalculul erorilor. "Pentru determinarea modulului de torsiune al unei bare metalice se procedează astfel: # se fixează în suportul A 1 şi în mandrina M, bara al cărei modul de torsiune urmează a fi determinat; $ se măsoară diametrul D al roţii R; % se reglează la zero cursoarele C 1 şi C 2 ;

& se încarcă firul cu masa m 1 şi se citesc valorile unghiurilor ϕ şi ϕ 1 2 pe cele două raportoare; ' se înlătură masa m 1 şi se verifică din nou poziţia de zero a celor două ace indicatoare; ( se trec datele într-un tabel de forma celui de mai jos; Nr. det. m... 1 2 3 (kg) Tabelul 3 Determinarea modulului de torsiune a unei bare D (cm) ϕ 1 (rad) ϕ 2 (rad) ϕ (rad) Γ (N m) ) se calculează modulul de torsiune după relaţia (9.1), în care M = mgd/2; * se repetă măsurătoarea de mai multe ori cu aceeaşi masă şi cu mase diferite; + se efectuează calculul erorilor. "Pentru a determina modulul de forfecare (folosind fenomenul de torsiune) al unei bare metalice se procedează astfel: # folosind datele din secţiunea precedentă, se măsoară distanţa l dintre cele doua ace indicatoare şi diametrul 2R al barei; $ se calculează G, folosind relaţia (9.2); cel mult 5 %. Se va planifica experimentul pentru a determina pe G cu o eroare relativă de