WinWord 0,5Mb - Гимназия 1567

Установка по снятию диаграммы растяжения проволоки.
Теоретическая часть
Установка по снятию диаграммы растяжения проволоки.
Кретов Константин
Установка по снятию диаграммы растяжения создаётся для проведения
лабораторных работ по выяснению зависимости механического напряжения от
относительного удлинения.
Теоретическая часть
Внешнее механическое воздействие на тело вызывает смещение атомов из
равновесных положений и приводит к изменению формы и объёма тела, т.е. к его
деформации. Самые простые виды деформации – растяжение и сжатие. Деформацию
растяжения, которую исследуют на данной установке, можно характеризовать
абсолютным удлинением  , равным разности длин образца до растяжения 0 и после
него :    0 . Абсолютное удлинение при растяжении положительно.
Отношение абсолютного удлинения  к начальной длине образца 0 называется
относительным удлинением  :


.
0
При деформации тела возникают силы упругости. Физическая величина, равная
отношению модуля силы упругости к площади сечения тела называется механическим
напряжением  :
F
  .
S
Гук установил, что при малых деформациях механическое напряжение прямо
пропорционально относительному удлинению:
  E  ,
где E - коэффициент пропорциональности. Он называется модулем Юнга. Модуль
Юнга в пределах упругих деформаций одинаков для образцов любой формы и размеров,
изготовленных из одного материала.
Зависимость напряжения  от относительного удлинения  является одной из
важнейших характеристик механических свойств твёрдых тел. Графическое
изображение этой зависимости называется диаграммой растяжения.
При растяжении тела, в следствии удаления атомов друг от друга, происходит
увеличение объема тела и уменьшение его плотности. Изменение объема в основном
происходит на участке упругих деформаций так как на участке пластических
деформаций сила упругости практически не меняется. На участке пластических
деформаций длина тела увеличивается за счет уменьшения площади поперечного
сечения. Объем при этом практически не изменяется. Так как изменение плотности на
участке упругих деформаций мало, то можно считать, что объем тела во время всей
деформации остается постоянным. С учетом этого формула для расчета механического
напряжения будет выглядеть так:
F F
 
.
S
V
V  V0  S0 0 получим
Учитывая, что
F( 0   )
F


V
S0 0
1
Установка по снятию диаграммы растяжения проволоки. Описание работы установки.
Деля числитель и знаменатель на
0
окончательно получим:
F (1   )

S0
Описание работы установки.
Выяснение зависимости механического напряжения от относительного удлинения
F
– главная цель работы. Известно, что   , где S - площадь поперечного сечения
S
образца. Площадь поперечного сечения образца не постоянна в течение всех измерений.
F - сила, с которой действуют на образец. Ее можно измерить по величине деформации
пружины. На рисунках 1 и 2 показан образец в начале и в конце деформации. Из рис. 3
следует, что
0  x2  0    x1
откуда
  x2  x1 .
Рис. 1. Начальная длина образца.
Рис.2. Конечная длина образца.
Рис. 3. К определению величины деформации.
2
Состав установки.
Механизм растяжения.
x1 находится по изменению величины сопротивление переменного резистора,
связанного с пружиной динамометра. Резистор, используемый в электрическом
динамометре обладает линейной зависимостью сопротивления от положения движка.
Максимальное сопротивление данного резистора равно 47 кОм. График зависимости
сопротивления от положения движка приведен на рис. 4.
Рис.4. Зависимость R(x)
x 2 определяется по количеству прорезей, которые пересекли фотоэлемент при
деформации проволоки.
Состав установки.
Механизм растяжения.
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Диск с прорезями ( I ).
Вал диска с прорезями ( II ).
Электродвигатель с редуктором ( III ).
Крепёжное устройство для электродвигателя с редуктором ( IV ).
Опора для вала с двигателем ( V ).
Фотоэлемент ( VI ).
Крепёжное устройство для фотоэлемента ( VII ).
Рис. 5. Механизм растяжения.
3
Состав установки.
Электрический динамометр. 8-ми разрядный АЦП.
Электрический динамометр состоит из переменного резистора (VIII) с
линейной зависимостью сопротивления от положения движка, пружины (IX) и стержня,
жёстко связывающего пружину и движок переменного резистора (X).
Рис. 6. Электрический динамометр.
8-ми разрядный АЦП состоит из компаратора напряжения на транзисторе VT1 с
усилителем постоянного тока на транзисторах VT2-VT3 и ЦАП с делителем на резисторах
r-2r. В качестве электронного коммутатора используются выходы ЭВМ. Питание АЦП
осуществляется от однополярного источника напряжением 5В. Принципиальная схема
изображена на рис. 7, внешний вид – на рис. 8.
Рис. 7. Принципиальная схема 8-ми разрядного АЦП
4
Технические характеристики. Результат работы..
Рис. 8. Смонтированный на макетной плате АЦП.
Технические характеристики.
Максимальная длина проволоки
Диаметр исследуемой проволоки
Материал проволоки
Максимальное усилие
27 - 30 см.
0,15 - 0,35 мм.
медь, алюминий,
сталь (диаметр 0,1-0,2 мм).
6 Н.
Результат.
На рис. 9 приведен Print Screen экрана. На нем отображается диаграмма
растяжения медной проволоки.
Рис. 9. График зависимости    .
5
Приложение.
АЦП. Усилитель фотодатчика числа оборотов.
Приложение.
8-ми разрядный АЦП.
В АЦП используются детали следующих номиналов:
R1 – 12 кОм
R5 – (6.8-10) кОм
R6 – 510 Ом
R7- (1-30) кОм (подбирается при настройке)
R8 – (47-68) кОм
R9 – 10 кОм
R10 – (4.7-5.6) кОм
R11 – 100 Ом
R13 – 510 Ом
r – 15.0 кОм
2r – 30.0 кОм
VD1 – Д220, КД503, КД523
VT1 – KT603
VT2, VT3 – МП40А
C1 – (68-220) мкФ.
Усилитель фотодатчика числа оборотов.
Рис.10. Принципиальная схема усилителя для фотодатчика числа оборотов.
В усилителе используются детали следующих номиналов:
VT1 – КТ3102
R1 – 3 кОм
R2 – 200 Ом (или больше, подбирается при настройке)
R3 – фоторезистор
VD1 – излучатель.
6
Приложение.
Текст программы работы ЭВМ.
Текст программы работы ЭВМ.
'-------------Зачетная работа по электронике и информатике-------------'------------------ученика 11 класса Г гимназии #1567------------------'----------------------------Чигина Сергея-----------------------------3 :
CLS
SCREEN 12
COLOR 15
n = 0
k = 0
'-------------------------Построение координатных осей------------WINDOW (0, 0)-(640, 480)
LINE (10, 10)-(630, 10)
LINE (10, 10)-(10, 420)
LINE (630, 10)-(628, 12)
LINE (630, 10)-(628, 8)
LINE (10, 420)-(8, 418)
LINE (10, 420)-(12, 418)
LOCATE 2, 20
PRINT "Зачетная работа по электронике на тему: "
LOCATE 3, 15
PRINT "Создание установки по снятию диаграммы растяжения"
CIRCLE (25, 406), 3, , 270 * 3.14 / 180, 125 * 3.14 / 180
CIRCLE (25, 410), 7, , 100 * 3.14 / 180, 270 * 3.14 / 180
CIRCLE (25, 419), 2, , 284 * 3.14 / 180, 15 * 3.14 / 180
PSET (630, 30), 15
DRAW "u1 h1 l3 g2 d1 f2 r2 l2 g2 d1 f2 r3 e1 u1"
PSET (10, 10)
DO
a$ = INKEY$
'--------------------Какую прорезь пересекает луч: черную или белую?------F = (INP(889) AND 64)
5 :
IF F = 64 THEN k = 0: F = (INP(889) AND 64): GOTO 5
IF F = 0 AND k = 0 THEN
n = n + 1
k = 1
'------------------------------Обработка АЦП-------------2 :
b = 0: a = 128
1 :
b = b + a
OUT 888, b
FOR i = 1 TO 30: NEXT i
IF (INP(889) AND 128) = 0 THEN
a = a / 2
ELSE
b = b - a
a = a / 2
END IF
IF a = 1 THEN
b = b + a
ELSE
GOTO 1
END IF
OUT 888, b
FOR i = 1 TO 30: NEXT i
IF (INP(889) AND 128) = 0 THEN
GOTO 4
ELSE b = b - 1
7
Приложение.
Текст программы работы ЭВМ.
END IF
4 :
'--------------Рисование графика----------l = n * 228 / 270 - b
COLOR 14
LINE -(l + 13, b * 2 + 4)
COLOR 15
END IF
LOOP UNTIL a$ = CHR$(27)
Литература.
1. А. А. Чеботарёв «Пособие по курсу электроники»
2. О. Ф. Кабардин «Справочные материалы по физике»
3. Под редакцией Г. С. Ландсберга «Элементарный учебник физики (I том)»
8