Загальна інформація
Застосування
У механіці загалом розрізняють два види деформації:
- пружну і
- пластичну деформацію
Після пружної деформації матеріал повертається до початкового стану.
При пластичній деформації зміна форми частково залишається назавжди.
Гумове кільце проти гвинтової пружини
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Для цього досліду попередні знання не потрібні.
Принцип
Поступово розтягуючи гумове кільце і гвинтову пружину, треба показати різницю між пластичною і пружною деформацією.
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Різницю між пластичною і пружною деформацією з'ясовують за допомогою двох дослідних установок.
Завдання
- Дослідити навантаження і розвантаження гвинтової пружини
- Дослідити розтяг гумового кільця
- Записати виміряні значення обох дослідів у таблиці
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
| Позиція | Обладнання | Артикул | Кількість |
|---|---|---|---|
| 1 | Магнітна демонстраційна дошка PHYWE зі штативом, демо з фізики | 02150-00 | 1 |
| 2 | Гачок на магнітному тримачі | 02151-03 | 1 |
| 3 | Масштабна лінійка для демонстраційної дошки | 02153-00 | 1 |
| 4 | Гвинтова пружина, 20 Н/м | 02222-00 | 1 |
| 5 | Тримач для прорізних тягарців | 02204-01 | 1 |
| 6 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 7 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 10 г | 02205-03 | 2 |
| 8 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 9 | Прорізний тягарець, сріблясте бронзування, 50 г | 02206-03 | 1 |
| 10 | Гумові кільця, 50 шт. | 03920-00 | 1 |
| 11 | Струбцина | 02014-00 | 2 |
Складання та виконання
Складання (1/2)
Дослід 1
- Установити гачок на магнітному тримачі на верхньому краї демонстраційної дошки і почепити на нього гумове кільце.
- Попередньо навантажити гумове кільце, почепивши тримач для тягарців.
- Покласти масштабну лінійку на дошку так, щоб нижній край тримача був на одному рівні з нульовою позначкою лінійки (рис. 1).
Рисунок 1
Складання (2/2)
Дослід 2
- Тепер замість гумового кільця закріпити на гачку гвинтову пружину 20 Н/м.
Рисунок 1
Виконання (1/2)
Дослід 1
- Покласти на тримач усі 5 прорізних тягарців по 10 г, виміряти спричинений розтяг і занести значення в таблицю 1.
- Так само по черзі покласти на тримач 3 прорізні тягарці по 50 г, щоразу вимірювати розтяг і записувати в таблицю 1 (порада: з останнім відліком варто трохи зачекати, бо за більших навантажень гумове кільце ще трохи витягується.).
- Поступово (щоразу на 50 г) зменшувати навантаження на гумове кільце, щоразу вимірювати розтяг і заносити в таблицю 1.
Виконання (2/2)
Дослід 2
- Так само, як у досліді 1, визначити розтяг s при поступовому навантаженні й розвантаженні гвинтової пружини і занести виміряні значення в таблицю 2.
Опрацювання результатів (1/5)
Дослід 1:
З таблиці 1 і графічного зображення
виміряних значень на рис. 2 випливає:
- Розтяг s гуми не
прямо пропорційний силі, яка
цей розтяг спричиняє. - Коли дія сили припиняється,
гума не повертається
повністю до початкової форми.
Коли на гумове тіло діє сила, зміна форми переважно оборотна (але пропорційності між деформацією і силою немає), і її супроводжує необоротна зміна форми - пластична деформація.
Опрацювання результатів (2/5)
Дослід 2:
З таблиці 2 і графічного зображення виміряних значень (рис. 3) випливає:
- Розтяг s сталі пропорційний силі, яка цей розтяг спричиняє.
- Коли дія сили припиняється, сталь повністю повертається до початкової форми.
Коли на сталеве тіло діє сила, зміна форми цілком оборотна - це пружна деформація.
Опрацювання результатів (3/5)
Графіки на рисунках 3 і 4 - це характеристики s–F тіл, які в дослідах 1 і 2 деформували силами (у цих випадках розтягували).
Рисунок 2
Рисунок 3
Опрацювання результатів (4/5)
Якщо розтяг супроводжується пластичною деформацією, то характеристики для зростаючої сили (навантаження) і для спадної (розвантаження) різняться; при пружних деформаціях, для яких s ~ F, характеристики збігаються.
Значення, отримані в досліді 1, можна вважати лише прикладом: вони залежать не тільки від конкретного гумового кільця (вік, форма, матеріал), а й від того, як швидко роблять відлік після кожної зміни сили. Надто за великих сил гума ще деякий час трохи витягується. Тому з відліком для максимального розтягу варто трохи зачекати (близько 1 хв), а одразу після відліку почати розвантажувати гумове кільце.
Опрацювання результатів (5/5)
Пропорційність між F і s справджується для пружини лише до характерної граничної сили. Область пропорційності зазвичай вужча за область пружності. Якщо при деформації пружного тіла вийти за межі пружності, пластична деформація настає і тут.
У цих дослідах деформівною силою обрано силу тяжіння, причому припущено, що учні знають співвідношення . Можна натомість виходити зі співвідношення і працювати в таблицях та на рисунках із простішими числами - на принциповий результат дослідів це не впливає.