(将军路校区:理学院214 / 天目湖校区:笃行楼503)
对固体来说,弹性形变可分为四种:①伸长或压缩的形变(应变);②切向形变(切变);③扭转形变(扭变);④弯曲形变。
杨氏弹性模量是描述固体材料抵抗形变的能力的物理量,它与固体材料的几何尺寸无关,与外力大小无关,只决定于金属材料的性质,它的国际单位为:牛/米^2(N/m^2),它是表征固体材料性质的重要物理量,是选择固体材料的依据之一,是工程技术中常用的参数。
杨氏模量的测量方法很多,现总结出以下几种常用方法:
1、万能试验机法:在万能试验机上做拉伸或压缩试验,自动记录应力和应变的关系图线,从而计算出杨氏弹性模量。
2、静态拉伸法:它适用于有较大形变的固体和常温下的测量。缺点是:①因为载荷大,加载速度慢,含有驰豫过程。所以它不能很真实地反映出材料内部结构的变化。②对脆性材料不能用拉伸法测量;③不能测量材料在不同温度下的杨氏弹性模量。
3、动态悬挂法:将试样(圆棒或矩形棒)用两根线悬挂起来并激发它作横向振动。在一定条件下,试样振动的固有频率取决于它的几何形状、尺寸、质量以及它的杨氏弹性模量,如果我们在实验中测出了试样在不同温度下的固有频率,就可以算出试样在不同温度下的杨氏弹性模量。此法克服了静态拉伸法的缺点,具有实用价值,是国家标准规定的一种测量方法。
在本实验中,采用静态拉伸法。基本原理如下:
一根粗细均匀的金属丝,长度为L,截面积为S。将其上端固定,下端悬挂砝码。于是,金属丝受外力F作用而发生形变,伸长了ΔL,比值F/S是金属丝单位面积上的作用力,称为胁强(正应力);比值ΔL/L是金属丝的相对伸长,称为胁变(线应变)。根据虎克定律,金属丝在弹性限度内,它的胁强与胁变成正比,即
F/s=EΔL/L
式中比例系数Y就是杨氏弹性模量。
由于伸长量ΔL的值很小,用一般量具不易测准。本实验采用光杠杆望远镜尺组进行放大测量(简称光杠杆放大法)。