Cel pracy: nauczyć się eksperymentalnie wyznaczać moduł sprężystości (moduł Younga) gumy.

Środki edukacji:

· wyposażenie: statyw, komplet ciężarków, gumowa linka, linijka, dynamometr.

· wytyczne do wykonywania prac laboratoryjnych, kalkulator.

Postęp prac laboratoryjnych

Uprawnienia do wykonywania prac laboratoryjnych

Uruchom test:

1. Deformacja - zmiana...

A. kształty i pozycje w przestrzeni; B. kształt i rozmiar ciała;

W. Objętość i położenie w przestrzeni; G. nie ma właściwej odpowiedzi.

2. Odkształcenie polegające na przesunięciu się warstw ciała względem siebie nazywa się deformacją….

A. zmiana; B. skręcenia; W. pochylenie się; G. nie ma właściwej odpowiedzi.

3. Odkształcenie, które całkowicie zanika po ustaniu sił zewnętrznych, nazywa się....

A. elastyczny; B. nieelastyczny; W. Plastikowy; G. nie ma właściwej odpowiedzi.

4. Zależność właściwości fizycznych od kierunku wewnątrz kryształu nazywa się...

A. anizotropia; B. entropia; W. izotropia; G. nie ma właściwej odpowiedzi.

1. Rysunek przedstawia wykres naprężenia materiału. Określ obszar plonu.

A. 0-A; B. AB; G. PNE; D. PŁYTA CD.

Wpisz swoje odpowiedzi do tabeli:

Część teoretyczna

Wyprowadźmy wzór na obliczenie modułu Younga: prawo Hooke’a σ=E·|ε|, gdzie E jest modułem Younga. Stąd (1). Wiedząc to (2) i (3) i podstawiając wzory (2) i (3) do wzoru (1) otrzymujemy: ( 4), gdzie: E – moduł Younga, Pa; F – masa ładunku, N;

x 0 – długość między znakami na nieodkształconym sznurku, m;

S – pole przekroju poprzecznego sznurka w stanie rozciągniętym, m 2 ;

Δх – bezwzględne wydłużenie struny, m.

Obliczenia i pomiary

1. Przymocuj gumowy przewód do statywu i zaznacz na nim dwa znaki A i B. Nie naciągając sznurka, zmierz odległość między znakami.

2. Zawiesić ładunek na dolnym końcu gumowej linki, po uprzednim ustaleniu jego ciężaru. Zmierz odległość pomiędzy znakami na sznurku a wymiarami przekroju poprzecznego sznurka po rozciągnięciu.

3. Wykonaj te same pomiary, zawieszając dwa i trzy ciężarki.

4. Oblicz moduł Younga korzystając ze wzoru (4) dla każdego doświadczenia.

5. Wyniki pomiarów i obliczeń wpisz do tabeli raportowej 1

E 1 = =___________Pa,

E2 = =___________Pa,

E 3 = =___________Pa,

E śr = =___________Pa.

5. Przeanalizuj uzyskany wynik E śr., porównując go z wartością tablicową modułu Younga gumy E. =7MPa. Podsumuj rezultaty swojej pracy. Wyciągnij wnioski z wykonanej pracy.

Wniosek: _______________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Pytania kontrolne

1. Co to jest deformacja? Jakie znasz rodzaje deformacji?

2. Czy moduł sprężystości zależy od przekroju gumy i jej długości?

3. Jaka wielkość jest mierzona w tej pracy z najmniejszym błędem?

4. Jak zmiana temperatury sznurka gumowego wpływa na moduł sprężystości?

Odpowiedzi:

Zmiana

Arkusz

Dokument numer.

Podpis

data

Arkusz

Praca laboratoryjna nr 4

Praca laboratoryjna nr 4

Miejska placówka oświatowa

„Szkoła średnia Jagodnińska”

Metodyczne opracowanie pracy laboratoryjnej

Nauczyciel fizyki:

Lekcja otwarta w klasie 10 na temat: praca laboratoryjna „Pomiar modułu sprężystości gumy”

Cele Lekcji: zapewnienie pełniejszej asymilacji materiału, kształtowanie zrozumienia wiedzy naukowej, rozwój logicznego myślenia, umiejętności eksperymentalnych i umiejętności badawczych; umiejętność określania błędów przy pomiarach wielkości fizycznych, umiejętność wyciągania prawidłowych wniosków na podstawie wyników pracy.

Sprzęt: instalacja do pomiaru modułu Younga gumy, hamownia, odważniki.

Plan lekcji:

I. Org. za chwilę.

II. Powtórzenie wiedzy merytorycznej niezbędnej do ukończenia pracy laboratoryjnej.

III. Wykonywanie prac laboratoryjnych.

1. Kolejność pracy (zgodnie z opisem w podręczniku).
2. Wyznaczanie błędów.
3. Przeprowadzenie części praktycznej i obliczeń.
4. Wniosek.

IV. Podsumowanie lekcji.

V. Praca domowa.

PODCZAS ZAJĘĆ

Nauczyciel: Na ostatniej lekcji poznałeś deformacje ciał i ich charakterystykę. Przypomnijmy, czym jest deformacja?

Studenci: Deformacja to zmiana kształtu i wielkości ciał pod wpływem sił zewnętrznych.

Nauczyciel: Ciała wokół nas i my podlegamy różnym deformacjom. Jakie znasz rodzaje deformacji?

Student: Odkształcenia: rozciąganie, ściskanie, skręcanie, zginanie, ścinanie, ścinanie.

Nauczyciel: Co jeszcze?

Odkształcenia sprężyste i plastyczne.

Nauczyciel: Opisz ich.

Student: Odkształcenia sprężyste zanikają po ustaniu działania sił zewnętrznych, natomiast odkształcenia plastyczne pozostają.

Nauczyciel: Nazwij materiały elastyczne.

Student: Stal, guma, kości, ścięgna, całe ludzkie ciało.

Nauczyciel: Plastikowy.

Student: Ołów, aluminium, wosk, plastelina, kit, guma do żucia.

Nauczyciel: Co dzieje się w zdeformowanym ciele?

Student: W odkształconym ciele pojawia się siła sprężystości i naprężenia mechaniczne.

Nauczyciel: Jakie wielkości fizyczne mogą charakteryzować odkształcenia, na przykład odkształcenie przy rozciąganiu?

Student:

1. Wydłużenie bezwzględne

2. Naprężenia mechaniczne?

https://pandia.ru/text/78/185/images/image005_26.jpg" szerokość="72" wysokość="57">

Nauczyciel: Co to pokazuje?

Student: Ile razy wydłużenie bezwzględne jest mniejsze niż pierwotna długość próbki?

Nauczyciel: Co się stało mi?

Student: mi– współczynnik proporcjonalności lub moduł sprężystości substancji (moduł Younga).

Nauczyciel: Co wiesz o module Younga?

Student: Moduł Younga jest taki sam dla próbek o dowolnym kształcie i rozmiarze wykonanych z danego materiału.

Nauczyciel: Co charakteryzuje moduł Younga?

Student: Moduł sprężystości charakteryzuje właściwości mechaniczne materiału i nie zależy od konstrukcji wykonanych z niego części.

Nauczyciel: Jakie właściwości mechaniczne są nieodłączne od substancji?

Student: Mogą być kruche, plastyczne, elastyczne, trwałe.

Nauczyciel: Jakie cechy substancji należy wziąć pod uwagę przy jej praktycznym stosowaniu?

Student: Moduł Younga, naprężenia mechaniczne i wydłużenie bezwzględne.

Nauczyciel: A co przy tworzeniu nowych substancji?

Student: Moduł Younga.

Nauczyciel: Dzisiaj wykonacie laboratorium mające na celu wyznaczenie modułu Younga gumy. Jaki jest Twój cel?

Na przykładzie gumy naucz się określać moduł sprężystości dowolnej substancji.

Znając moduł sprężystości substancji, możemy mówić o jej właściwościach mechanicznych i zastosowaniach praktycznych. Guma jest szeroko stosowana w różnych aspektach naszego życia. Gdzie używa się gumy?

Student: W życiu codziennym: kalosze, rękawiczki, dywaniki, gumki, zatyczki, węże, poduszki grzewcze itp.

Student: W medycynie: opaski uciskowe, bandaże elastyczne, rurki, rękawiczki, niektóre części urządzeń.

Student: W transporcie i przemyśle: opony i koła, paski zębate, taśmy izolacyjne, pontony, drabiny, oringi i wiele innych.

Student: W sporcie: piłki, płetwy, pianki, ekspandery itp.

Nauczyciel: O zastosowaniu gumy można powiedzieć wiele. W każdym konkretnym przypadku guma musi mieć określone właściwości mechaniczne.

Przejdźmy do wykonania pracy.

Już zauważyłeś, że każdy rząd otrzymał swoje własne zadanie. Pierwszy rząd pracuje z gumką. W drugim rzędzie znajdują się fragmenty opaski hemostatycznej. Trzeci rząd zawiera fragmenty ekspandera. W ten sposób klasa zostaje podzielona na trzy grupy. Wszyscy określicie moduł sprężystości gumy, ale każdą grupę zapraszamy do przeprowadzenia własnych, małych badań.

1. grupa. Po określeniu modułu sprężystości gumy otrzymasz wyniki, po których omówieniu wyciągniesz wniosek na temat właściwości gumy użytej do uelastycznienia bielizny.

2. grupa. Pracując z różnymi fragmentami tej samej opaski hemostatycznej i wyznaczając moduł sprężystości, wyciągamy wniosek na temat zależności modułu Younga od kształtu i wielkości próbek.

3. grupa. Przestudiuj urządzenie ekspandera. Po zakończeniu prac laboratoryjnych należy porównać wydłużenie bezwzględne jednej gumy, kilku strun i całej wiązki ekspandera. Wyciągnij z tego wnioski i być może wymyśl własne propozycje dotyczące produkcji ekspanderów.

Podczas pomiaru wielkości fizycznych błędy są nieuniknione.

Co to jest błąd?

Student: Niedokładność pomiaru wielkości fizycznej.

Nauczyciel: Co Cię poprowadzi podczas pomiaru błędu?

Student: Dane z tabeli 1 s.205 podręcznika (praca jest wykonywana zgodnie z opisem podanym w podręczniku)

Po zakończeniu pracy przedstawiciel każdej grupy sporządza raport z jej wyników.

Przedstawiciel pierwszej grupy:

Wykonując prace laboratoryjne otrzymaliśmy wartości modułu sprężystości gumki:

E1 = 2,24·105 Pa
E2 = 5 107 Pa
E3 = 7,5 · 105 Pa

Moduł sprężystości lnianej gumki zależy od właściwości mechanicznych gumy i nici ją oplatających, a także od sposobu tkania nici.

Wniosek: gumka bieliźniana jest bardzo szeroko stosowana w bieliźnie, odzieży dziecięcej, odzieży sportowej i odzieży wierzchniej. Dlatego do jego produkcji wykorzystuje się różne rodzaje gumy, nici i różne metody tkania.

Przedstawiciel drugiej grupy:

Nasze wyniki:

E1 = 7,5 · 106 Pa
E1 = 7,5 · 106 Pa
E1 = 7,5 · 106 Pa

Moduł Younga jest taki sam dla wszystkich ciał dowolnego kształtu i wielkości wykonanych z danego materiału

Przedstawiciel trzeciej grupy:

Nasze wyniki:

E1 = 7,9 · 107 Pa
E2 = 7,53·107 Pa
E3 = 7,81·107 Pa

Do wykonania ekspanderów można użyć różnych rodzajów gumy. Wiązka ekspandera składa się z pojedynczych sznurków. Przyjrzeliśmy się temu. Im więcej strun, tym większa powierzchnia przekroju wiązki, tym mniejsze jest jej wydłużenie bezwzględne. Znając zależność właściwości opaski uciskowej od jej rozmiaru i materiału, możliwe jest wykonanie ekspanderów dla różnych grup wychowania fizycznego.

Podsumowanie lekcji.

Nauczyciel: Aby tworzyć i wykorzystywać różne materiały, musisz znać ich właściwości mechaniczne. Właściwości mechaniczne materiału charakteryzują się modułem sprężystości. Dzisiaj praktycznie zdefiniowałeś to dla gumy i wyciągnąłeś wnioski. Czym oni są?

Student: Nauczyłem się wyznaczać moduł sprężystości substancji, oceniać błędy w swojej pracy, przyjmować założenia naukowe dotyczące właściwości mechanicznych materiałów (w szczególności gumy) i praktycznego zastosowania tej wiedzy.

Uczniowie przekazują arkusze kontrolne.

Dla domu: powtórz § 20-22.

Romasz Olga Wasiliewna
Nauczyciel fizyki
Szkoła średnia Kachirskaya nr 1
Region Pawłodar
Lekcja na temat: praca laboratoryjna „Pomiar modułu sprężystości gumy”
Cele lekcji: zapewnienie pełniejszego przyswojenia materiału, kształtowanie zrozumienia wiedzy naukowej, rozwijanie logicznego myślenia, umiejętności eksperymentalnych, umiejętności badawczych; umiejętność określania błędów przy pomiarach wielkości fizycznych, umiejętność wyciągania prawidłowych wniosków na podstawie wyników pracy.
Wyposażenie: instalacja do pomiaru modułu Younga gumy, hamownia, odważniki.
PODCZAS ZAJĘĆ
I. Moment organizacyjny.
1. Badanie czołowe:
1) Ciała stałe dzielą się na... 2) Jakie ciała nazywamy krystalicznymi? 3) Które z nich są amorficzne? 4) Właściwości kryształów. ciała 5) Właściwości ciał amorficznych 6) Monokryształ to... 7) Polikryształ to... 8) Odkształcenie to... 9) Rodzaje odkształceń 10) Ich definicja 11) Czym charakteryzuje się odkształcenie rozciągające i ściskające? 12) Wydłużenie absolutne... 13) Wydłużenie względne.. 14) Naprężenie mechaniczne wynosi... 15) Jest proporcjonalne... 16) Co charakteryzuje moduł Younga?

II. Powtórzenie wiedzy merytorycznej niezbędnej do ukończenia pracy laboratoryjnej.
1 zadanie
Pamiętajmy o oznaczeniu i jednostkach miary wielkości fizycznych (na slajdzie)
1. długość 1. E 1. % 153
2. absolutny wydłużenie 2. S 2. Pa 233
3. dotyczy. wydłużenie 3. ∆ l 3. m 371
4. Moduł Younga 4. F 4. m2 412
5. mechaniczne napięcie 5. l 5. N 562
6. siła 6. σ 645
7. obszar 7. ε 724

2 zadanie
Przypomnijmy, według jakich wzorów są one wyznaczane (na slajdzie)
3 zadanie
Fizyczne dyktando
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
5 7 9 3 6 10 1 4 8 2
1. anizotropia 6. amorficzny
2. izotropia 7. deformacja
3. monokryształ 8. moduł Younga
4. polikrystaliczny 9. Mechaniczny Napięcie
5. krystaliczny 10. Względny. wydłużenie
pytania
1. Ciało stałe, którego atomy lub cząsteczki zajmują określoną uporządkowaną pozycję w przestrzeni
2. Zmiana kształtu lub rozmiaru ciała
3. Stosunek modułu siły sprężystości do pola przekroju poprzecznego
4. Pojedynczy kryształ
5. Ciało, które nie ma określonej temperatury topnienia, którego atomy mają porządek jedynie krótkiego zasięgu
6. Określone stosunkiem wydłużenia bezwzględnego do długości początkowej korpusu
7. Właściwość ciał do przekazywania właściwości fizycznych w zależności od wybranego kierunku
8. Dużo kryształów
9. Charakteryzuje odporność materiału na odkształcenia sprężyste, rozciąganie i ściskanie
10. Właściwość ciał do przenoszenia właściwości fizycznych we wszystkich kierunkach
4 zadanie
Rozwiązanie problemu (stan na slajdzie)
Jaki jest moduł sprężystości drutu o długości 4 m i przekroju
0,3 mm2, jeżeli pod wpływem siły 30 N wydłuży się o 2 mm?
Odpowiedź: E=200*109Pa

III. Wykonywanie prac laboratoryjnych.
Nauczyciel: Dzisiaj wykonasz pracę laboratoryjną dotyczącą wyznaczania modułu Younga gumy. Jaki jest Twój cel?
Na przykładzie gumy naucz się określać moduł sprężystości dowolnej substancji.
Znając moduł sprężystości substancji, możemy mówić o jej właściwościach mechanicznych i zastosowaniach praktycznych. Guma jest szeroko stosowana w różnych aspektach naszego życia. Gdzie używa się gumy?
Student: W życiu codziennym: kalosze, rękawiczki, dywaniki, gumki, zatyczki, węże, poduszki grzewcze itp.
Student: W medycynie: opaski uciskowe, bandaże elastyczne, rurki, rękawiczki, niektóre części instrumentów.
Student: W transporcie i przemyśle: opony i opony, paski zębate, taśmy elektryczne, pontony, drabiny, oringi i wiele innych.
Student: W sporcie: piłki, płetwy, pianki, ekspandery itp.
Nauczyciel: Można dużo mówić o użyciu gumy. W każdym konkretnym przypadku guma musi mieć określone właściwości mechaniczne.
Przejdźmy do wykonania pracy.

Praca laboratoryjna nr 4

Temat: Pomiar modułu sprężystości gumy
Cel: Zmierzyć moduł sprężystości gumy, porównać moduł sprężystości gumki i gumki.
Wyposażenie: Statyw, gumka, gumka, ciężarki, linijka

Postęp
Nr a, m b, m S, m2 l0, m l, m ∆l, m m, kg F, N E, Pa
1 0,3 mm
2 0,3 mm
1. Złóż układ doświadczalny, zaznacz ołówkiem gumkę recepturkę.
2. Zmierz odległość pomiędzy oznaczeniami na nierozciągniętych uprzężach
3. Zawieś ciężarki na dolnym końcu sznurka, po uprzednim ustaleniu ich całkowitej masy. Zmierz odległość pomiędzy znakami na sznurku i szerokość sznurka po rozciągnięciu
4. Oblicz S i F.
5. Zapisz wzór na wyznaczenie modułu Younga i go oblicz.
6. Powtórz kroki 1-5 dla gumki.
7. Wyciągnij wniosek.

Pytania kontrolne:
1. Co charakteryzuje moduł Younga?
2. Dlaczego moduł Younga wyraża się tak dużą liczbą?

Dodatkowe zadanie.
Rozwiązywać problemy:
1. Jakie jest wydłużenie bezwzględne drutu miedzianego (130 * 109 Pa) o długości 50 mi polu przekroju poprzecznego 20 mm2 przy sile 600 N. (odpowiedź: ∆ι = 1,15 cm)
2. Wyznacz naprężenia mechaniczne u podstawy wolnostojącej kolumny marmurowej o wysokości 10 m. Gęstość marmuru wynosi 2700 kg/m3. (odpowiedź: σ=27*104 Pa)

Wniosek
Nauczyciel: Aby tworzyć i wykorzystywać różne materiały, musisz znać ich właściwości mechaniczne. Właściwości mechaniczne materiału charakteryzują się modułem sprężystości. Dzisiaj praktycznie zdefiniowałeś to dla gumy i wyciągnąłeś wnioski. Czym oni są?
Student: Nauczyłem się wyznaczać moduł sprężystości substancji, oceniać błędy w swojej pracy, przyjmować założenia naukowe dotyczące właściwości mechanicznych materiałów (w szczególności gumy) i praktycznego zastosowania tej wiedzy.
Uczniowie przekazują arkusze kontrolne.
W domu: powtórz § 7.1-7.2.
Podsumowanie lekcji.

Cel pracy: nauczyć się znajdować moduł sprężystości gumy. Układ do pomiaru modułu Younga gumy pokazano na rysunku a.

Moduł Younga oblicza się ze wzoru otrzymanego z prawa

Guka: gdzie E jest modułem Younga; P - siła sprężystości,

Powstające w rozciągniętym sznurze i równe ciężarowi ciężarków przymocowanych do sznurka; § - pole przekroju zdeformowanego sznurka; 10 - odległość pomiędzy znakami A i B na rozciągniętym sznurze (ryc. b); I - odległość między tymi samymi znakami na rozciągniętym sznurku (ryc. c). Jeżeli przekrój ma kształt koła, wówczas pole przekroju poprzecznego wyraża się poprzez średnicę

Sznur:

Ostateczny wzór na określenie modułu Younga to:

Pogląd:

Przykład wykonania:

Masę ładunków określa się za pomocą dynamometru, średnicę liny za pomocą suwmiarki, a odległość między znakami A i B za pomocą linijki. Aby wypełnić tabelę, wykonamy następujące obliczenia: 1) AI1- absolutny błąd instrumentalny AI1= 0,001 A0/ - bezwzględny błąd odczytu A01= 0,0005 A1- maksymalny błąd bezwzględny A1 = A i I+ A 01 = 0,0015 2) A&O= 0,00005 A0O= 0,00005 JSC= A i B + A 0 B = 0,0001 3) AIR= 0,05 A0P= 0,05 AR = A i P + A 0 P. = 0,05 + 0,05 = 0,1

Wniosek:Otrzymany wynik modułu sprężystości gumy jest zgodny z tabelą.

Praca laboratoryjna 4.

Wyznaczanie modułu sprężystości gumy.

Teoria. Jeżeli do jednolitego pręta zamocowanego na jednym końcu zostanie przyłożona siła F wzdłuż osi pręta, wówczas pręt ulegnie odkształceniu przy rozciąganiu. Odkształcenie rozciągające charakteryzuje się wydłużeniem bezwzględnym Δl=l - l 0 ; wydłużenie względne. W odkształconym ciele powstaje naprężenie mechaniczne σ równe stosunkowi modułu siły F Do pole przekroju ciała S:

Prawo Hooke'a dotyczy ciał odkształconych elastycznie: przy małych odkształceniach naprężenie mechaniczne σ jest wprost proporcjonalne do wydłużenia względnego:

Czynnik proporcjonalności MI, zawarte w prawie Hooke'a nazywane są modułem sprężystości lub modułem Younga. Moduł Younga pokazuje, jakie naprężenia mechaniczne występują w materiale, gdy odkształcenie względne jest równe jedności, tj. gdy długość próbki zostanie podwojona. W tej pracy konieczne jest wyznaczenie modułu sprężystości E (modułu Younga) sznurka gumowego. Podczas wykonywania pracy należy wziąć pod uwagę, że siła sprężystości w odkształconym ciele jest liczbowo równa sile grawitacji ładunku zawieszonego na gumowej linie: F=mg. Gumowy sznur ma przekrój kwadratowy, więc S=a 2 , gdzie a jest bokiem kwadratu (a=1mm=10-3 M). Ostateczny wzór na obliczenie modułu Younga to:

Cel pracy: naucz się mierzyć moduł Younga za pomocą prawa Hooke'a.

Sprzęt : otwór gumowy, statyw ze złączem i stopką, ciężarki, linijka miernicza.

Postęp.

1. Doświadczenie nr 1

Umieść dwa znaczniki na gumowym sznurku w odległości l 0 od siebie (około 10cm) i zmierz tę odległość: l 0 =…. cm= …..m.

Przymocuj krótki koniec linki do nogi statywu i zawieś na dłuższym końcu ciężarek o masie m 1 = ….g=…..kg.

1. Zmierz ponownie odległość pomiędzy znakami na przewodzie l 1 =…. cm= ….. m. Oblicz wydłużenie bezwzględne linki Δl 1 = l 1 - l 0 =…. cm= …..m.
2. Korzystanie ze wzoru, obliczyć moduł sprężystości gumy.
3. mi 1 =

2. Doświadczenie nr 2 (powtórzyć doświadczenie nr 1 z obciążeniem o innej masie i ponownie obliczyć moduł Younga).
M 2 = ….g=…..kg.

l 0 =…. cm= …..m

l 2 =…. cm= …..m

Δl 2 = l 2 - l 0 =…. cm= …..m.

mi 2 =

4. Wyniki pomiarów i obliczeń wprowadź do tabeli.

Doświadczenie nr.	l 0 , m	l, m	Δl, m	m, kg	g, m/s 2	jestem	S, m 2	E, PA	Średnia E, Pa