Ćwiczenie 409. Wyznaczanie modułu Younga przy pomocy grubościomierza

Podobne dokumenty
LABORATORIUM ELEKTROAKUSTYKI. ĆWICZENIE NR 1 Drgania układów mechanicznych

Instrukcja do laboratorium Materiały budowlane Ćwiczenie 12 IIBZ ĆWICZENIE 12 METALE POMIAR TWARDOŚCI METALI SPOSOBEM BRINELLA

Metrologia Techniczna

1. Podstawowe pojęcia w wymianie ciepła

BADANIE PODŁUŻNYCH FAL DŹWIĘKOWYCH W PRĘTACH

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 5

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu) (1.1) (1.2a)

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

MECHANIKA PŁYNÓW LABORATORIUM

Laboratorium Podstaw Fizyki. Ćwiczenie 100a Wyznaczanie gęstości ciał stałych

SPRAWDZENIE PRAWA HOOKE'A, WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA, WSPÓŁCZYNNIKA POISSONA, MODUŁU SZTYWNOŚCI I ŚCIŚLIWOŚCI DLA MIKROGUMY.

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

4.7 Pomiar prędkości dźwięku w metalach metodą echa ultradźwiękowego(f9)

11. WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE CIAŁ

Pole temperatury - niestacjonarne (temperatura zależy od położenia elementu ciała oraz czasu)

Statyka Cieczy i Gazów. Temat : Podstawy teorii kinetyczno-molekularnej budowy ciał

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Instrukcja użytkownika

BŁĘDY W POMIARACH BEZPOŚREDNICH

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

U L T R A ZAKŁAD BADAŃ MATERIAŁÓW

Dźwięk. Cechy dźwięku, natura światła

4.3 Wyznaczanie prędkości dźwięku w powietrzu metodą fali biegnącej(f2)

MATERIAŁOZNAWSTWO vs WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

LABORATORIUM POMIARY W AKUSTYCE. ĆWICZENIE NR 4 Pomiar współczynników pochłaniania i odbicia dźwięku oraz impedancji akustycznej metodą fali stojącej

Badanie ultradźwiękowe grubości elementów metalowych defektoskopem ultradźwiękowym

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

Wyboczenie ściskanego pręta

O nauczaniu oceny niepewności standardowej

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 11: Moduł Younga

Wyznaczanie modułu sprężystości za pomocą wahadła torsyjnego

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ

KOOF Szczecin:

ĆWICZENIE 13 TEORIA BŁĘDÓW POMIAROWYCH

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Pomiar prędkości światła

Drgania i fale sprężyste. 1/24

1.5. ZWIĄZKI KONSTYTUTYWNE STRONA FIZYCZNA

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTRUKCJA Z LABORATORIUM W ZAKŁADZIE BIOFIZYKI. Ćwiczenie 5 POMIAR WZGLĘDNEJ LEPKOŚCI CIECZY PRZY UŻYCIU

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

Relacje Kramersa Kroniga

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA PRZEZ ZGINANIE

WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU METODĄ QUINCKEGO I KUNDTA

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

Wyznaczanie współczynnika przenikania ciepła dla przegrody płaskiej

Aby nie uszkodzić głowicy dźwiękowej, nie wolno stosować amplitudy większej niż 2000 mv.

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Ćwiczenie 11. Moduł Younga

Doświadczenie B O Y L E

Mierzymy długość i szybkość fali dźwiękowej. rezonans w rurze.

LABORATORIUM. Pomiar poziomu mocy akustycznej w komorze pogłosowej. Instrukcja do zajęć laboratoryjnych

Laboratorium wytrzymałości materiałów

WYDZIAŁ EKOLOGII LABORATORIUM FIZYCZNE

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Ćwiczenie 375. Badanie zależności mocy promieniowania cieplnego od temperatury. U [V] I [ma] R [ ] R/R 0 T [K] P [W] ln(t) ln(p)

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 96: Dozymetria promieniowania gamma

Ma x licz ba pkt. Rodzaj/forma zadania

ĆWICZENIE NR 9. Zakład Budownictwa Ogólnego. Stal - pomiar twardości metali metodą Brinella

Projektowanie Systemów Elektromechanicznych. Wykład 3 Przekładnie

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Określanie niepewności pomiaru

IR II. 12. Oznaczanie chloroformu w tetrachloroetylenie metodą spektrofotometrii w podczerwieni

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Temat 2 (2 godziny) : Próba statyczna ściskania metali

Badanie transformatora

Fale akustyczne. Jako lokalne zaburzenie gęstości lub ciśnienia w ośrodkach posiadających gęstość i sprężystość. ciśnienie atmosferyczne

ĆWICZENIE 3 REZONANS AKUSTYCZNY

ELEKTROTECHNIKA I ELEKTRONIKA

Wyznaczanie współczynnika sztywności sprężyny. Ćwiczenie nr 3

BADANIE PROCESU ROZDRABNIANIA MATERIAŁÓW ZIARNISTYCH 1/8 PROCESY MECHANICZNE I URZĄDZENIA. Ćwiczenie L6

Wytrzymałość Konstrukcji I - MEiL część II egzaminu. 1. Omówić wykresy rozciągania typowych materiałów. Podać charakterystyczne punkty wykresów.

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

LIV OLIMPIADA FIZYCZNA 2004/2005 Zawody II stopnia

INSTYTUT INŻYNIERII ŚRODOWISKA ZAKŁAD GEOINŻYNIERII I REKULTYWACJI ĆWICZENIE NR 4 OKREŚLENIE WSPÓŁCZYNNIKA STRAT LOEKALNYCH

Sprawdzenie narzędzi pomiarowych i wyznaczenie niepewności rozszerzonej typu A w pomiarach pośrednich

Niepewności pomiarów

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

Badanie transformatora

KOOF Szczecin:

Podstawy opracowania wyników pomiarów z elementami analizy niepewności pomiarowych

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

Grubościomierz Sauter

WYZNACZANIE PRĘDKOŚCI DŹWIĘKU W WYBRANYCH MATERIAŁACH PRZY UŻYCIU KARTY CYFROWEJ DEFEKTOSKOPU ULTRADŹWIĘKOWEGO

Drgania poprzeczne belki numeryczna analiza modalna za pomocą Metody Elementów Skończonych dr inż. Piotr Lichota mgr inż.

WYZNACZANIE MODUŁU SZTYWNOŚCI METODĄ DYNAMICZNĄ GAUSSA

Ćwiczenie 3: Wyznaczanie gęstości pozornej i porowatości złoża, przepływ gazu przez złoże suche, opory przepływu.

ĆWICZENIE 41 WYZNACZANIE WSPÓŁCZYNNIKA ZAŁAMANIA ŚWIATŁA ZA POMOCĄ MIKROSKOPU. Kraków, luty kwiecień 2015

Ciśnienie definiujemy jako stosunek siły parcia działającej na jednostkę powierzchni do wielkości tej powierzchni.

Państwowa Wyższa Szkoła Zawodowa w Kaliszu

MIERNIK POLA MAGNETYCZNEGO TM

Transkrypt:

Nazwisko... Data... Nr na liście... Imię... Wyział... Dzień tyg.... Gozina... Ćwiczenie 409 Wyznaczanie moułu Younga przy pomocy grubościomierza Wartość prękości nastawiona w grubościomierzu v 0 =. m/s Materiał Kształt przekroju Współczynnik Poissona µ Wymiary poprzeczne* a,b [m] Długość próbki l [m] Masa próbki m [kg] Objętość V [m 3 ] Gęstość ρ [kg/m 3 ] Oczyt z grubościomierza Prękość rzeczywista l 0 v [m] [m/s] Mouł Younga E [GPa] Mouł Younga - wartość tablicowa Błą bezwzglęny wzglęem wartości tablicowej Błą bezwzglęny z rachunku błęów E tab ΔE tab ΔE [GPa] [GPa] [GPa] * patrz Wskazówki na końcu instrukcji - 0 -

- 1 - Ćwiczenie 409. Wyznaczanie moułu Younga za pomocą ultraźwięków Definicja moułu Younga Jeżeli na unieruchomione ciało sprężyste poziałamy siłą, to powstaną w tym ciele naprężenia, wywołujące jego okształcenie. Naprężenie w pręcie o przekroju poprzecznym A, na który ziała siła F (prostopała bąź styczna o A) równe jest stosunkowi siły o pola przekroju pręta: F A (1) Naprężeniu stawiają opór siły mięzycząsteczkowe wewnątrz materiału. Rozróżnia się zwykle trzy rozaje naprężeń: rozciągające (wyłużają ciało), ściskające (skracają ciało) i ścinające (eformują postać ciała). W ostatnim przypaku siła ziała stycznie o powierzchni przekroju. Zmiana ługości pręta spowoowana rozciąganiem lub ściskaniem jest proporcjonalna o jego ługości. Jeśli, na przykła, pręt o ługości l, rozciągany siłą F, zwiększa swoją ługość o l, rys. 1, to miarą okształcenia jest wzglęna zmiana ługości: l l. (2) Gy po usunięciu siły F ciało wraca o swych wymiarów, to okształcenie nazywamy sprężystym. Przy małych okształceniach, jest proporcjonalne o : 1, (3) E gzie E jest moułem sprężystości (nazywanym moułem Younga) materiału. Liniowa zależność pomięzy naprężeniem a okształceniem znana jest jako prawo Hooke a. Po postawieniu o (3) wzorów efiniujących i, otrzymamy: l 1 l E A F. (4) A zatem, prawo Hooke a stwierza, że poczas rozciągania lub ściskania zmiana ługości jest proporcjonalna o ziałającej siły. Mouł Younga wyraża się, tak jak naprężenie czy ciśnienie, w paskalach: 1 Pa = 1 N/m 2. Wyznaczanie moułu Younga za pomocą ultraźwięków Fale źwiękowe są to rozchozące się w ośroku mechaniczne rgania cząsteczek tego ośroka. Źrółem źwięku są obszary ośroka, w których z jakichś przyczyn występują rgania mechaniczne, a więc wahania naprężenia lub ciśnienia. W ciałach stałych mogą występować różne typy fal źwiękowych. W gazach i cieczach rgania cząsteczek, związane z falą źwiękową, obywają się jeynie zgonie z kierunkiem ruchu fali (jest to, zatem, fala połużna). Drgania cząsteczek ośroka, ze wzglęu na zakres obieranych przez ucho luzkie częstotliwości, zielimy na: infraźwięki (0 16 Hz), źwięki (16 Hz 20 khz) i ultraźwięki (o 20 khz). Prawa fizyczne otyczące wymienionych rozajów rgań są takie same, natomiast ich własności (np. oziaływanie na materię ożywioną) są różne. Znane są wie metoy wytwarzania ultraźwięków. Jena z nich wykorzystuje zjawisko magnetostrykcji, które polega na tym, że pręty wykonane z ciał ferromagnetycznych (np. żelazo, nikiel), umieszczone w zmiennym polu magnetycznym, oznają zmian swojej ługości w takt zmian pola magnetycznego. Drgania te są szczególnie silne, gy częstotliwość rgań własnych pręta pokrywa się z częstotliwością zmian pola. Pręt wykonuje wtey rgania rezonansowe i staje się źrółem ultraźwięków. W ten sposób można wytwarzać ultraźwięki o częstotliwości o 60 khz. Druga metoa wytwarzania ultraźwięków, stosowana w próbnikach materiałów, polega na wykorzystaniu tzw. owrotnego zjawiska piezoelektrycznego. Tą metoą można wytwarzać ultraźwięki o częstotliwościach o około 300 MHz. A Rys.1 F l l

- 2 - Pewne kryształy, np. kwarc, umieszczone w polu elektrycznym, którego kierunek pokrywa się z opowienią osią kryształu, zmieniają swoje wymiary geometryczne w takt zmian pola elektrycznego. Rozmiary kryształu są tak obrane, aby wykonywał on rgania rezonansowe, czyli aby częstotliwość jego rgań własnych była zgona z częstotliwością zmian pola elektrycznego. Grubościomierz to przyrzą, który mierzy czas przejścia ultraźwięków przez próbkę tam i, po obiciu, z powrotem t 0, zieli go na połowę t=t 0 /2, mnoży przez ustawioną wartość prękości v, zaprogramowaną la wybranego materiału i wyświetla tak uzyskaną wartość grubości próbki l. W tym ćwiczeniu chcemy obliczyć nieznaną prękość źwięku w materiale, a z niej mouł Younga, zatem wykonujemy operacje owrotną: la baanego materiału na postawie założonej prękości v oraz grubości l wskazywanej przez grubościomierz, obliczamy czas przejścia ultraźwięków przez próbkę t, na postawie prawziwej ługości próbki l, zmierzonej suwmiarką, oraz obliczonego wyżej czasu t, wyznaczamy prękość źwięku v W skrócie: nieznaną rzeczywistą prękość źwięku w materiale obliczamy z proporcji: Prękość v fali źwiękowej w elemencie materiału o rozmiarach użych w porównaniu z ługością fali, ana jest wzorem: ( ) ( )( ) gzie: E - mouł Younga, ρ - gęstość baanego materiału, µ - współczynnik Poissona baanego materiału. Współczynnik Poissona jest bezwymiarową wielkością fizyczną, opisującą stosunek okształcenia poprzecznego o okształcenia połużnego przy osiowym stanie naprężenia. Jeżeli połużny pręt o wymiarze śrenicy ługości L zostanie rozciągnięty (lub ściśnięty) o ługość ΔL (patrz.rysunek) po wpływem siły F, wówczas jego śrenica zmieni się o wielkość Δ, aną wzorem: L+ΔL +Δ F L Ten efekt należy uwzglęnić la prętów o śrenicy większej niż ługość fali λ rozchozącej się w anym elemencie. W przypaku grubościomierza używającego ultraźwięków o częstotliwości 5 MHz, ługość fali λ jest rzęu 0.5 mm (zależny o materiału). Pręty używane w tym oświaczeniu są znacznie szersze o ługość fali λ. F

- 3 - Wykonanie pomiarów 1. Grubościomierz skłaa się z głównego panelu z cyfrowym wyświetlaczem i głowicy naawczo-obiorczej. W zestawie ćwiczeniowym głowica jest połączona prawiłowo przewoami nie rozłączamy wtyczek!!! 2. Panel z przyciskami wygląa jak na zjęciu obok. W ćwiczeniu używamy tylko przycisków [ON/OFF], [SELECT] oraz [Ajust], oraz krążka kalibracyjnego. Prosimy nie używać pozostałych przycisków, na zjęciu przekreślonych. 3. Włączamy grubościomierz klikając na przycisk ON/OFF. 4. Na ekranie pojawi się założona wartość prękości v w metrach na sekunę. Możemy ją zmieniać przyciskiem [SELECT]. Wybieramy materiał o możliwie użej prękości v 0 > 5000 m/s. 5. Prze pierwszym pomiarem wykonujemy kalibrację grubościomierza p. zjęcia W tym celu nanosimy niewielką (jena kropla) ilość pasty sprzęgającej na krążek kalibracyjny. Jest to czynność analogiczna o wykonywanej przez lekarza poczas baania USG pasta/ciecz zapewnia transmisje ultraźwięków z i o głowicy. 6. Przykłaamy szczelnie głowice o krążka i przytrzymujemy

- 4-7. Naciskamy i przytrzymujemy przycisk [Ajust]. Na ekranie pojawią się cztery znaki minus, które bęą stopniowo znikać : ----, ---, --, -, wraz z postępem kalibracji. 8. Jeżeli przyrzą został prawiłowo skalibrowany zobaczymy na ekranie obraz jak na zjęciu po prawej wskazywana grubość krążka bęzie 4.0 mm, lub w przeziale 3.9-4.1mm. 9. Wykonujemy właściwy pomiar próbki na zjęciu pomiar la miezianego walca. 10.Obiekt stawiamy na stole na warstwie gąbki ostarczonej w zestawie, aby uniknąć przenoszenia się ultraźwięków na blat stołu. 11.Koniec pręta smarujemy pastą sprzęgającą i lekko ociskamy głowicę. 12.Po wyświetleniu wyniku przez przyrzą wioczny jest znaczek, zapisujemy zmierzoną wartość ługości l. Jest to oczywiście wartość nieprawiłowa, ponieważ jest otrzymana z niewłaściwej prękości źwięku. 13.Mierzymy rzeczywistą ługość l próbki przy pomocy suwmiarki. 15.Mierzymy rozmiary poprzeczne próbki i jej masę ( na waze o nośności 1 kg!!!!). 16. Powtarzamy pomiary (bez kalibracji miernika) la pozostałych materiałów. Wyniki pomiarów oczytywanych z przyrząów pomiarowych (suwmiarki, wagi i grubościomierza) zapisujemy z pełną okłanością wyświetlaną przez przyrząy!! Wyniki obliczeń zapisujemy z okłanością o 4 cyfr znaczących!!

- 5 - Obliczenia. Rzeczywistą prękość źwięku v obliczamy na postawie założonej prękości źwięku v, zaprogramowanej w grubościomierzu, ługości wskazywanej przez grubościomierz l, oraz prawziwej ługości mierzonej suwmiarką l, ze wzoru: Gęstość baanego materiału obliczamy z jego masy M, zmierzonej wagą laboratoryjną, oraz objętości V, obliczonej z rozmiarów próbki: Objętość V wyznaczamy ze wzoru: gzie l ługość próbki zmierzona suwmiarką, S pole przekroju próbki obliczone ze wzoru na pole opowieniej figury geometrycznej. Mouł Younga la baanej substancji obliczamy na postawie gęstości materiału ρ, prękości źwięku w materiale v, oraz współczynnika Poissona ze wzoru: Wielkości ρ, v zostały obliczone wcześniej. ( )( ) ( ) Współczynnik Poissona la różnych materiałów poano w tabeli ołączonej o zestawu próbek. Rachunek błęów. Niepewność wyznaczenia moułu Younga E obliczymy ze wzoru: Niepewność zmierzonej prękości źwięku obliczamy ze wzoru: Przyjmujemy l na postawie okłaności suwmiarki (elektroniczna 0,02 mm, mechaniczna 0,1 mm). Maksymalny błą wskazań grubościomierza przyjmujemy weług anych proucenta jako: Zakłaając, że okłaność ważenia jest uża, niepewność gęstości obliczamy jako:. Dokłaność wyznaczenia objętości baanych ciał przyjmujemy równą 2 %

DYSKUSJA WYNIKÓW - 6-1. Porównujemy uzyskane wyniki z anymi tablicowymi. Czy różnicę pomięzy uzyskanymi wynikami a wynikami tablicowymi można wyjaśnić okłanością pomiarów, czyli czy ΔE tab < ΔE? ( ΔE tab = E tab -E ) 2. Czy na różnicę uzyskanych wyników ma wpływ ientyczność materiałów mierzonych w tym ćwiczeniu, a materiałów umieszczonych w tablicach ( np. czystość, rozaj obróbki mechanicznej lub cieplnej itp. ). Wskazówki Sposób pomiaru i obliczanie pola przekroju S la prętów okrągłych, sześciokątnych, trójkątnych i prostokątnych (czarne prostokąty = szczęki suwmiarki): Koło: Sześciokąt: Trójkąt: a Prostokąt: a b