Rugalmas állandók mérése

Hasonló dokumentumok
Rugalmas állandók mérése

2. Rugalmas állandók mérése jegyzőkönyv javított. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Rugalmas állandók mérése (2-es számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Rugalmas állandók mérése

2. Rugalmas állandók mérése

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

Nehézségi gyorsulás mérése megfordítható ingával

Mágneses szuszceptibilitás mérése

2. Rugalmas állandók mérése

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Mágneses szuszceptibilitás mérése

2. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Jegyzőkönyv. hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálatáról (3)

Mikroszkóp vizsgálata Folyadék törésmutatójának mérése

Fázisátalakulások vizsgálata

Fajhő mérése. (Mérési jegyzőkönyv) Hagymási Imre február 26. (hétfő délelőtti csoport)

Szilárd testek rugalmassága

Jegyzőkönyv. mágneses szuszceptibilitás méréséről (7)

A mágneses szuszceptibilitás vizsgálata

3. Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata

7. Mágneses szuszceptibilitás mérése

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Modern Fizika Labor. 5. ESR (Elektronspin rezonancia) Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 25. A mérés száma és címe: Értékelés:

A mérés célkitűzései: A matematikai inga lengésidejének kísérleti vizsgálata, a nehézségi gyorsulás meghatározása.

Mikroszkóp vizsgálata és folyadék törésmutatójának mérése (8-as számú mérés) mérési jegyzõkönyv

Mágneses szuszceptibilitás mérése

Modern fizika laboratórium

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Peltier-elemek vizsgálata

(III) Hangfrekvenciás mechanikai rezgések vizsgálata (Ablakhoz közeli mérőhely)

Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata

Mérések állítható hajlásszögű lejtőn

Fényhullámhossz és diszperzió mérése

Tömegmérés stopperrel és mérőszalaggal

Matematikai geodéziai számítások 6.

Matematikai geodéziai számítások 6.

Segédlet: Kihajlás. Készítette: Dr. Kossa Attila BME, Műszaki Mechanikai Tanszék május 15.

Modern fizika laboratórium

3. Az alábbi adatsor egy rugó hosszát ábrázolja a rá ható húzóerő függvényében:

Fázisátalakulások vizsgálata

2009/2010. tanév Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló. FIZIKA I. kategória FELADATLAP. Valós rugalmas ütközés vizsgálata.

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 12. mérés: Infravörös spektroszkópia május 6.

Modern Fizika Labor. A mérés száma és címe: A mérés dátuma: Értékelés: Infravörös spektroszkópia. A beadás dátuma: A mérést végezte:

Mérést végezte: Varga Bonbien. Állvány melyen plexi lapok vannak rögzítve. digitális Stopper

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Modern Fizika Labor. 11. Spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: dec. 16. A mérés száma és címe: Értékelés: A beadás dátuma: dec. 21.

Nagy számok törvényei Statisztikai mintavétel Várható érték becslése. Dr. Berta Miklós Fizika és Kémia Tanszék Széchenyi István Egyetem

Félvezetk vizsgálata

Modern Fizika Labor. Fizika BSc. Értékelés: A mérés dátuma: A mérés száma és címe: 5. mérés: Elektronspin rezonancia március 18.

Modern Fizika Labor. 2. Elemi töltés meghatározása

Abszolút és relatív aktivitás mérése

Modern Fizika Labor. 2. Az elemi töltés meghatározása. Fizika BSc. A mérés dátuma: nov. 29. A mérés száma és címe: Értékelés:

Fázisátalakulások vizsgálata

HELYI TANTERV. Mechanika

Toronymerevítık mechanikai szempontból

Gyakorlati útmutató a Tartók statikája I. tárgyhoz. Fekete Ferenc. 5. gyakorlat. Széchenyi István Egyetem, 2015.

Homogén testnek nevezzük az olyan testet, amelynek minden része ugyanolyan tulajdonságú. ρ = m V.

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Fogorvosi anyagtan fizikai alapjai 6.

Modern Fizika Labor Fizika BSC

Mérési jegyzőkönyv. M1 számú mérés. Testek ellenállástényezőjének mérése

Központosan nyomott vasbeton oszlop méretezése:

KERESZTMETSZETI JELLEMZŐK

3. Termoelektromos hűtőelemek vizsgálata jegyzőkönyv. Zsigmond Anna Fizika Bsc II. Mérés dátuma: Leadás dátuma:

Merev testek kinematikája

1. Gauss-eloszlás, természetes szórás

Mérési adatok illesztése, korreláció, regresszió

MECHANIKA I. rész: Szilárd testek mechanikája

Keresztmetszet másodrendű nyomatékainak meghatározása

5. Az adszorpciós folyamat mennyiségi leírása a Langmuir-izoterma segítségével

A= a keresztmetszeti felület cm 2 ɣ = biztonsági tényező

Felső végükön egymásra támaszkodó szarugerendák egyensúlya

GÉPÉSZETI ALAPISMERETEK

Homogén anyageloszlású testek sűrűségét m tömegük és V térfogatuk hányadosa adja. ρ = m V.

Ismét a fahengeres keresztmetszetű gerenda témájáról. 1. ábra forrása: [ 1 ]

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT Kidolgozta: Triesz Péter egy. ts. Négy erő egyensúlya, Culmann-szerkesztés, Ritter-számítás

Példa: Tartó lehajlásfüggvényének meghatározása végeselemes módszer segítségével

Segédlet a Hengeres nyomó csavarrugó feladat kidolgozásához

NYOMÁS ÉS NYOMÁSKÜLÖNBSÉG MÉRÉS. Mérési feladatok

6. MECHANIKA-STATIKA GYAKORLAT (kidolgozta: Triesz Péter, egy. ts.; Tarnai Gábor, mérnöktanár)

Modern Fizika Labor. 12. Infravörös spektroszkópia. Fizika BSc. A mérés dátuma: okt. 04. A mérés száma és címe: Értékelés:

Matematikai geodéziai számítások 10.

Hajlított tartó elmozdulásmez jének meghatározása Ritz-módszerrel

ÖDOMÉTERES VIZSGÁLAT LÉPCSŐZETES TERHELÉSSEL MSZE CEN ISO/TS BEÁLLÍTÁS ADAT. Zavartalan 4F/6,0 m Mintadarab mélysége (m)

A II. kategória Fizika OKTV mérési feladatainak megoldása

Matematikai geodéziai számítások 5.

Kiegészítő tudnivalók a fizikai mérésekhez

A mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Newton-gyűrűkkel Folyadék törésmutatójának mérése Abbe-féle refraktométerrel

A 2014/2015. tanévi Országos Középiskolai Tanulmányi Verseny döntő forduló FIZIKA II. KATEGÓRIA MEGOLDÁSI ÚTMUTATÓ

Lineáris erőtörvény vizsgálata és rugóállandó meghatározása

Biomatematika 12. Szent István Egyetem Állatorvos-tudományi Kar. Fodor János

Rácsvonalak parancsot. Válasszuk az Elsődleges függőleges rácsvonalak parancs Segédrácsok parancsát!

Mikroszkóp vizsgálata Lencse görbületi sugarának mérése Folyadék törésmutatójának mérése

Függvények Megoldások

2013 ŐSZ. 1. Mutassa be az egymintás z-próba célját, alkalmazásának feltételeit és módszerét!

POLIMERTECHNIKA Laboratóriumi gyakorlat

Concursul Preolimpic de Fizică România - Ungaria - Moldova Ediţia a XVI-a, Zalău Proba experimentală, 3 iunie 2013

Koordináta-geometria feladatok (emelt szint)

Átírás:

Rugalmas állandók mérése (Mérési jegyzőkönyv) Hagymási Imre 2007. április 23. (hétfő délelőtti csoport)

1. Young-modulus mérése behajlásból 1.1. A mérés menete A mérés elméleti háttere megtalálható a jegyzetben [1]. A mérést az ablaktól távolabbi mérőhelyen végeztem. A laborvezető által kiadott minták sorszáma A1 illetve V3 volt. A mérésnek ezt a részét - a laborvezető javaslatára - a jegyzetben leírttól eltérő módon végeztem. A minta befogását követően az állandó terhelés felhelyezése helyett, a terhelő kart mindig megfeszítettem egy kicsit amikor új súlyt helyeztem fel, ugyanis nem szükséges az, hogy a behajlás-erő függvény az origóból induljon, hiszen könnyen látható, hogy az egyenes meredeksége hordozza a számunkra szükséges információt. Többek között ez biztosítja azt is, hogy az újabb súly felhelyezésekor a mérőóra alapállása ne változzon meg. 1.2. Mérési eredmények Az A1-es minta keresztmetszete téglalap, amelynek hosszabbik oldalát jelöljük a-val, rövidebbik oldalát b-vel, a V3 jelű hengeres rúd átmérője pedig legyen d! Csavarmikrométer segítségével több helyen is megmértem a rudak fenti paramétereit, az eredmények az 1. táblázatban láthatók. A továbbiaklineáris méret b (mm) a (mm) d (mm) 1. mérés 7.92 12.00 10.02 2. mérés 7.94 11.99 10.03 3. mérés 7.93 11.99 10.01 4. mérés 7.93 11.98 10.02 5. mérés 7.93 12.00 10.02 átlagérték 7.93 ± 0.01 11.99 ± 0.01 10.02 ± 0.01 1. táblázat. A rudak lineáris méretei. ban megkülönböztetünk két helyzetet. Álló helyzetnek nevezzük azt, amikor a hajlítás a rövidebbik oldalra merőlegesen történik, míg fekvő helyzetnek azt amikor a hosszabbik oldalra merőlegesen terheljük a rudat. [1] jegyzet 2

képleteinek megfelelően a rudak másodrendű nyomatékai: I a 3 b = (1139 ± 3)mm 4 I ab 3 = (498 ± 2)mm 4 I = (494 ± 2)mm 4. 1.2.1. Behajlás a terhelőerő függvényében A 2. táblázatban láthatók az A1-es minta fekvő helyzetében mért adatok. A mérési adatok, illetve a rájuk illesztett egyenes az 1. ábrán látható. Az m (kg) s (cm) m (kg) s (cm) 0.5 0.36 2.75 0.74 0.75 0.40 3.00 0.79 1.00 0.43 3.25 0.83 1.25 0.47 3.50 0.87 2.00 0.60 4.00 0.95 2.5 0.70 4.25 1.00 2. táblázat. Az A1 minta behajlásának értékei fekvő helyzetben, különböző terhelősúlyok mellett. adatokra illesztett egyenes s = m ab 3 F + s ab 3 egyenletében a paraméterekre a következő értékeket kapjuk: m ab 3 = (0.0176 ± 0.0001) mm N, s ab3 = (0.264 ± 0.004)mm. Az imént bemutatott esethez teljesen analóg módon járhatunk el akkor is, ha a minta álló helyzetben van befogva. A mérési adatok a 3. táblázatban láthatók. A mérési adatokból készült grafikon a 2. ábrán látható. Az illesztett egyenes meredeksége és tengelymetszete: m a 3 b = (0.0080 ± 0.0001) mm N, s a 3 b = (0.380 ± 0.003)mm. Végül a V3 hengeres vörösrézmintán végzett mérés eredményei láthatók a 4. táblázatban. A mérési eredményekből készített grafikon a 3. ábrán látható. A mérési pontokra illesztett egyenes meredeksége és tengelymetszete: m = (0.01023 ± 0.00009) mm N, s = (0.538 ± 0.002)mm. 3

1 s mm 0.8 0.6 0.4 0 10 20 30 40 50 F N 1. ábra. Az A1 jelű rúd behajlása a terhelőerő függvényében, fekvő befogás mellett. m (kg) s (cm) m (kg) s (cm) 0.5 0.42 3.00 0.61 1.00 0.46 3.50 0.66 1.75 0.51 4.00 0.70 2.00 0.54 4.50 0.73 2.25 0.55 4.75 0.75 2.75 0.59 3. táblázat. Az A1 minta behajlásának értékei álló helyzetben, különböző terhelősúlyok mellett. 1.3. A Young-modulus meghatározása Az előbb meghatározott meredekségek segítségével megkaphatjuk a minták Young-modulusát. [1] jegyzet szerint: l 3 s = 1 F = m i F. 48 E i I i 4

0.7 s mm 0.6 0.5 0.4 0 10 20 30 40 50 F N 2. ábra. Az A1 jelű rúd behajlása a terhelőerő függvényében, álló befogás mellett. m (kg) s (cm) m (kg) s (cm) 0.5 0.59 2.25 0.76 0.75 0.61 2.75 0.82 1.00 0.64 3.00 0.84 1.25 0.66 3.25 0.86 1.75 0.72 3.50 0.88 2.00 0.74 4.00 0.94 4. táblázat. A V3 minta behajlásának értékei különböző terhelősúlyok mellett. A mérések során az ékek távolsága l = (30.1±0.1)cm volt. A Young-modulust kifejezve: l 3 E i = 1. 48 m i I i A Young-modulus hibája a hibaterjedés szabályainak megfelelően számítható: E i E i = m i m i + I i I i + 3 l l. 5

1 s mm 0.9 0.8 0.7 0.6 0 10 20 30 40 50 F N 3. ábra. A V3 jelű rúd behajlása a terhelőerő függvényében. A minták Young-modulusai: E a 3 b = (6.48 ± 0.12) 10 10 Pa E ab 3 = (6.23 ± 0.15) 10 10 Pa E = (1.12 ± 0.02) 10 11 Pa. Eredményeinket összehasonlítva a táblázati értékekkel megállapíthatjuk, hogy nagyságrendileg helyes eredményt kapunk. Ebből arra következtethetünk, hogy a minták nem tisztán alumíniumból és vörösrézből készültek. Annak az oka, hogy alumínium esetében a kétféle Young-modulus eltérése mérési hibán kívül van, feltehetőleg az, hogy az anyag rugalmasságtanilag nem izotrop. 1.4. A behajlás függése a rúd hosszától Ezen mérés során azt vizsgáltam, hogy hogyan függ a V3-as minta behajlása a befogóékek l távolságától. A mérési leírást követve minden befogás után, az m = 3 9.81N terhelés felhelyezése előtt, feljegyeztem az m 0 = 0.5 9.81N alapterhelés által okozott kezdeti s 0 behajlást. A nagyobb F terheléshez így s = s t s 0 behajlás fog tartozni. A mérési eredményeket az 5. táblázat foglalja össze. A mérési adatokból készült grafikon a 4. ábrán látható. 6

Az adatpontokra illesztett egyenes m meredekségéből a Young-modulus a l (cm) s 0 (cm) s t (cm) s (cm) 40 0.75 1.35 0.60 38 0.33 0.85 0.52 36 0.69 1.19 0.50 34 0.52 0.91 0.39 32 0.42 0.74 0.32 30 0.45 0.72 0.27 28 0.23 0.45 0.22 26 0.42 0.61 0.19 24 0.33 0.50 0.17 22 0.33 0.45 0.12 5. táblázat. A V3 minta behajlásának értékei különböző éktávolságok mellett, azonos terhelés esetén. s mm 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0 10 20 30 40 50 60 70 l 3 dm 3 4. ábra. A V3 jelű rúd behajlása a befogási hossz köbének függvényében. következőképpen határozható meg: E = F 48mI. 7

Az adatpontokra illesztett egyenes meredeksége: m = (0.0089 ± 0.0001) 1 m 2. Ennek segítségével a Young-modulusz: E = (1.39 ± 0.02) 10 11 Pa. 2. A torziómodulus mérése 2.1. Geometriai adatok A torziós szál hosszát mérőszalaggal, átmérőjét csavarmikrométerrel, a tárcsák átmérőjét pedig tolómérővel mértem. A tárcsák tömegét a laborban található analitikai mérleggel mértem. A 6-os számú tárcsa tömegére m 1 = 196.2870 g-ot, a 8-as számú tárcsa tömegére pedig m 2 = 196.3545 g-ot kaptam, a tárcsák átmérője tizedmilliméterre megegyezett, értéke D 1 = D 2 = (45.00 ± 0.05)mm. A torziós szál hosszát l = (59.1 ± 0.05)cm-nek, átmérőjét pedig d = (0.510 ± 0.003)mm-nek mértem. 2.2. A torziómodulus meghatározása A csavarás elmélete szerint a G torziómudulus és a torziós inga T lengésideje között az alábbi kapcsolat áll fenn: G = K Θ T 2, ahol Θ a rendszer tehetetlenségi nyomatéka (az üres ingáé Θ 0 ): Θ = Θ 0 + 1 2 m 1 ( D1 2 ) 2 + 1 2 m 2 ( D2 2 ) 2 + (m 1 + m 2 ) r 2, K pedig a torziós szál geometriai paramétereitől függő állandó: K = 8πl (d/2) 4 = (3.51 ± 0.08) 1015 1 m 3. 8

Ezek felhasználásával a következő egyenletet kapjuk T 2 -re: ( T 2 = K Θ 0 + 1 ( ) 2 G 2 m D1 1 + 1 ( ) ) 2 2 2 m D2 2 + K(m 1 + m 2 ) r 2. 2 G Azaz, T 2 -et r 2 függvényében ábrázolva egy T 2 = ar 2 + b egyenletű egyenest kapunk, amely paramétereinek segítségével a torziómodulusz és az üres inga tehetetlenségi nyomatéka kifejezhető: Θ 0 = Gb K 1 2 m 1 G = K m 1 + m 2, a ( D1 2 ) 2 1 2 m 2 ( D2 A mérési eredményeket a 6. táblázat foglalja össze, az adatokból készített grafikon pedig az 5. ábrán látható. Az illesztett egyenes paraméterei: r (cm) 10T (s) 0 54.813 3 67.544 4 76.058 5 85.688 6 96.314 7 107.400 8 119.549 9 130.718 10 142.463 2 ) 2. 6. táblázat. A torziós mérés eredményei. a = (1.736 ± 0.007) 10 4 m 2 s 2, b = (30.1 ± 0.3)s 2. Az illesztett egyenes korrelációs együtthatója R 2 = 0.999877, ezzel igazoltuk a Steiner-tételt. A paraméterek segítségével meghatározhatjuk a keresett értékeket: G = (7.9 ± 0.2) 10 10 Pa, Θ 0 = (6.2 ± 0.4)kg m 2. 9

T 2 s 2 200 150 100 50 Hivatkozások 0 0 20 40 60 80 100 r 2 cm 2 5. ábra. A torziós mérés eredményei. [1] Havancsák Károly: Mérések a klasszikus fizika laboratóriumban, ELTE Eötvös Kiadó, Budapest, 2003. 10