楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。當條長度為L,、截面積為S的金屬絲在力F作用下伸長ΔL時,,F(xiàn)/S叫應(yīng)力,其物理意義是金屬絲單位截面積所受到的力,;ΔL/L叫應(yīng)變,,其物理意義是金屬絲單位長度所對應(yīng)的伸長量。應(yīng)力與應(yīng)變的比叫彈性模量,。ΔL是微小變化量,。楊氏模量,又稱拉伸模量是彈性模量中zui常見的種
范性形變
固體在外力作用下將發(fā)生形變,,如果外力撤去后相應(yīng)的形變消失,,這種形變稱為彈性形變。如果外力撤去后仍有殘余形變,,這種形變稱為范性形變,。
應(yīng)力Tensile stress(σ)單位面積上所受到的力(F/A,其中A=cross-sectional area=S 面積 ),。
應(yīng)變Tensile strain (ε ):是在外力作用下的相對形變(相對伸長e/L,,其中e=extension=△L)它反映了物體形變的大小。
胡克定律:在物體的彈性限度內(nèi),,應(yīng)力與應(yīng)變成正比,,其比例系數(shù)稱為楊氏模量(記為E)。用公式表達為:
E=(F·L)/(A·△L)
E在數(shù)值上等于產(chǎn)生單位應(yīng)變時的應(yīng)力,。它的單位是與應(yīng)力的單位相同,。楊氏彈性模量是材料的屬性,與外力及物體的形狀無關(guān),取決于材料的組成,。舉例來說,,大分金屬在合金成分不同、熱處理在過程中的應(yīng)用,,其楊氏模量值會有5%或者更大的波動,。
楊氏模數(shù)(Young's modulus )是材料力學中的名詞,彈性材料承受正向應(yīng)力時會產(chǎn)生正向應(yīng)變,,定義為正向應(yīng)力與正向應(yīng)變的比值,。公式記為
E = σ / ε
其中,,E 表示楊氏模數(shù),,σ 表示正向應(yīng)力,ε 表示正向應(yīng)變,。楊氏模量大,,
說明在壓縮或拉伸材料時,材料的形變小,。
實驗原理
基本公式:
,,式中L為金屬絲原長
光杠桿放大原理
光杠桿兩個前足尖放在彈性模量測定儀的固定平臺上,而后足尖放在待測金屬絲的測量端面上,。金屬絲受力產(chǎn)生微小伸長時,,光杠桿繞前足尖轉(zhuǎn)動個微小角度,從而帶動光杠桿反射鏡轉(zhuǎn)動相應(yīng)的微小角度,,這樣標尺的像在光杠桿反射鏡和調(diào)節(jié)反射鏡之間反射,,便把這微小角位移放大成較大的線位移。
如右圖所示,當鋼絲的長度發(fā)生變化時,,光杠桿鏡面的豎直度然要發(fā)生改變,。
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那么改變后的鏡面和改變前的鏡面然有個角度差,用θ來表示這個角度差,。從下圖我們可以看出:
△L=b·tanθ=bθ,,式中b為光杠桿前后足距離,稱為光杠桿常數(shù),。
設(shè)放大后的鋼絲伸長量為C,,由圖中幾何關(guān)系有:
θ=C/4H
故:△L=bC/4H
代入計算式,即可得下式:
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式中D為鋼絲直徑,,變量D(使用螺旋測微器測量),、F(通過所加砝碼質(zhì)量計算)、H,、C(直接讀數(shù)),、b(使用游標卡尺測量)、L就是所要測量的目標物理量,。根據(jù)該公式便可計算楊氏模量,。