Вход

Испытание материалов на прочность при ударе

Реферат по физике
Дата добавления: 05 сентября 2011
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 136 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Несколько сотен лет назад весь объем н аучных знаний был столь мал , что один человек мог подробно ознакомиться почти со всеми основными научными идеями . Накопление научной информаци и начиная с эпохи Возрождения происходило так быстро , что представление об ученом , как о человеке , обладающем универсальными знаниями , давно уж е потеряло смысл . В настоящее время ученые делятся на физиков , химиков , б иологов , геологов и т.д. Физик старается познать самые элементарные системы в природе . Сделанны е физиками открытия не только расширяют наши знания об основных физичес ких процессах , но часто играют решающую роль в развитии других наук . Зако ны физики управляют всеми физическими процессами. Поговорим о законах сохранения .Из законов сохранения наибольший интер ес представляет тот , что связан с энергией . Мы слышим , что потребление эн ергии постоянно растет , и знаем , что недавняя нехватка энергии оказала в лияние как на повседневную жизнь , так и на международные отношения . Пред ставление об энергии связано , по-видимому , с нефтью , с углем , с падающей в одой , с ураном . Энергия не только приводит в движение автомобили и обогре вает дома ; она также необходима , например , для производства металлов и у добрений . Все живые существа в буквальном смысле поедают энергию , чтобы поддержать жизнь . Из рекламных проспектов мы знаем , что определенные пр одукты питания для завтрака могут сообщить “ заряд энергии “ , чтобы нача ть трудовой день . Удивительно , что , несмотря на повсеместную большую роль энергии , это пон ятие оставалось неясным вплоть до середины ХIХ века . Галилей , Ньютон и Ф ранклин не знали , несмотря на всю их искушенность , что физическая величи на , которую теперь называют энергией , может быть определена так , чтобы о на всегда сохранялась . Возможно , они не пришли к такой мысли потому , что это понятие вовсе не очевидно . Энергия проявляется во множестве различн ых форм . Движущийся автомобиль обладает энергией . Неподвижная батаре йка карманного фонаря обладает энергией . Камень на вершине утеса облада ет энергией . Кусочек сливочного масла обладает энергией . чайник кипятк а обладает энергией . Солнечный свет обладает энергией . Энергия , проявл яющаяся во всех этих различных формах , может быть определена таким спос обом , что при любом превращении системы полная энергия сохраняется . Одн ако для системы , которая никогда не претерпевает никаких изменений , раз говор о содержании энергии беспредметен . Только при переходе из одной ф ормы в другую или из одного места в другое представление об энергии стан овиться полезным . Полная энергия Потенциальная энергия . Слово “энергия” рождает в сознании образы бушую щих волн , мчащихся автомобилей , прыгающих людей и интенсивной деятельн ости любого типа . Между тем существует и другой тип энергии . Она прячется под землей в нефтеносных пластах или таится в водохранилищах перегорож енных плотинами каньонов . Аккумулятор автомобиля или неподвижная мыше ловка в действительности наполнены запасенной энергией , которая готов а выплеснуться наружу и воплотиться в движущиеся формы . Такие неподвижн ые формы энергии называют потенциальными как бы специально для того , чт обы подчеркнуть , что их потенциально можно превратить в энергию движени я . В действительности любую формы энергии можно назвать потенциальной . Обычно , однако , термин потенциальная энергия относиться к энергии , запа сенной в деформированном теле или в результате смещения тел в некотором электрическом , магнитном или гравитационном силовом поле . Если тела см ещаются из определенных положений , а затем возвращаются обратно , систе ма снова приобретает свою первоначальную потенциальную энергию . Мы рассмотрим несколько различных видов потенциальной энергии . В каждо м случае кинетическая работа или работа могут быть превращены в скрытую форму энергии , а затем восстановлены обратно без потерь .Более того мы оп ределим потенциальную энергию таким образом , чтобы во всех случаях полн ая энергия оставалась постоянной . При совершении работы или при исчезно вении кинетической энергии потенциальная энергия будет увеличиваться . В таких процессах энергия будет сохраняться , что и неудивительно , поск ольку само понятие потенциальной энергии вводится именно для этой цели . В действительности , конечно , в большинстве систем рано или поздно исче зают и потенциальная , и кинетическая энергия . Тогда мы определяем новый вид энергии , связанный с внутренней структурой вещества , и снова “спаса ем” закон сохранения энергии . Возвращающие силы и потенциальная энерг ия . Количество энергии , запасенной в гравитационной системе , в пружине и ли в системе магнитов , зависит от степени деформации системы . Это искаже ние может заключаться в перемещении тяжелого тела на высоту h , в растяжен ии пружины на длину х , в сближении на расстояние х дух отталкивающихся ма гнитов . На графиках показана зависимость от искажения , h или х. Потенциальная энергия системы является скалярной величиной, выражаемо й в джоулях , которая сама по себе не дает никакой информации о ее будущем поведении . Взгляните на графики Wпот ( x ) для трех разных пружин и найдите н а каждом точку , где Wпот = 1 Дж . Очевидно , первый график соответствует слаб ой пружине , которую сильно растянули. Второй относиться к сильной пружи не , которую надо растянуть совсем немного для того , чтобы запасти 1 Дж . В т ретьем случае пружина сжата . Хотя значение потенциальной энергии одина ково во всех случаях , поведение пружин , если их освободить , будет соверш енно различным . Первая пружина будет медленно тянуть обратно ( влево ) , вт орая резко дернет влево , третья будет распрямляться вправо . Хотя одно то лько значение потенциальной энергии не позволяет предсказать такое ра зличное поведение , это ,очевидно , можно сделать , зная форму всего график а Wпот ( x ). Именно наклон кривой Wпот ( x ) в каждой точке характеризует возвращ ающую силу в х – направлении , которая действует в системе в этой точке . Рассмотрим несколько примеров . График Wпот( h ) для тела , поднятого над поверхностью Земли ( для малых высо т ) , имеет постоянный наклон ((mgh )/?h = mg . Тангенс угла наклона раве весу тела .Зд есь , однако , имеется некоторая тонкость . Возвращающая сила тяготения на правлена вниз и потому отрицательна . Тангенс угла наклона графика Wпот( h ) положителен . Если мы хотим получить возвращающую силу в системе , то след ует взять отрицательный тангенс : Fвозвр= -?W(h)/?h . Внешняя сила , которую следуе т приложить к системе для того , чтобы запасти энергию тяготения , направл ена в противоположную сторону , то есть вверх , и положительна . То же самое справедливо и для энергии , запасенной в пружине . Возвращающая сила дает ся выражением Fвозвр= - ?W(x)/?x = -?[ЅkxІ] /?x = -kx. Возвращающая сила подчиняется закону Гука ; она пропо рциональна смещению и направлена в сторону , противоположную смещению. З аметьте, что это определение согласуется с тем , что можно было ожидать ка чественно в случаях трех пружин , которые мы рассмотрели . В первом случае тангенс угла наклона мал и положителен , поэтому возвращающая сила будет малой и отрицательной – направленной в сторону меньших значений х . Во в тором случае тангенс угла наклона велик и положителен - возвращающая сил а будет большой и отрицательной . В третьем случае тангенс угла наклона о трицателен , поэтому возвращающая сила будет положительной , заставляя п ружину расширяться . В случае магнитов , где Wпот.магн( x ) = C / х , Fмагн= - ?(C/x)/?x = C/xІ. Обратите внимание , что возвращающая сила положительна , ма гниты отталкивают друг друга в сторону больших значений х . Снова обратите внимание на касательные , показанные на графике Wпот.маг н( x ) . При малых х наклон очень крутой и отрицательный , поэтому сила велика и положительна ( F = - ?Wпот.магн ( x ) / ?х ) . При больших х наклон незначительный и о трицательный . Следовательно , сила маленькая и положительная . Пример, доказывающий закон сохранения энергии. Рассмотрим движение тел а в замкнутой системе, в которой действуют только консервативные силы. П усть , например , тело массой m свободно падает на Землю с высоты h ( сопротив ление воздуха отсутствует ) . В точке 1 потенциальная энергия тела относит ельно поверхности Земли равна Wп1=mgh , а кинетическая энергия Wк1=0 , так что в т очке 1 полная механическая энергия тела W1=Wп1+Wк1=mgh . При падении потенциальная энергия тела уменьшается , так как уменьшаетс я высота тела над Землей , а его кинетическая энергия увеличивается , так к ак увеличивается скорость тела . На участке 1-2 равном h , убыль потенциально й энергии ?Wп=mgh1 , а прирост кинетической энергии ?Wк=Ѕ·mv2І , где v2 – скорость тел а в точке 2 . Так как v2І=2gh1 , то принимает вид ?Wк=mgh1 . Из формул следует , что прирос т кинетической энергии тела равен убыли его потенциальной энергии . След овательно , происходит переход потенциальной энергии тела в его кинетич ескую энергию , т.е. ?Wк = -Wп . В точке 2 потенциальная энергия падающего тела Wп2 =W п1 – ?Wп =mgh – mgh1 , а его кинетическая энергия Wк2 =?Wк=mgh1 . Следовательно , полная ме ханическая энергия тела в точке 2 W2=Wк2 + Wп2 = mgh1 + mgh – mgh1 = mgh . В точке 3 ( на поверхности Земли ) Wп3 =0 ( т.к. h=0 ) , а Wк3 =Ѕ·mv3І , где v3 – скорость тела в момент падения на Землю . Так как v3І=2gh , то Wк3 =mgh . Следовательно , в точке 3 полная энергия тела W3 =mgh , т.е. за все время падения W =Wк +Wп =const . Эта формула выражает закон сохранения энергии в замкнутой системе , в ко торой действуют только консервативные силы : Полная механическая энергия замкну той системы тел, взаимодействующих между собой только консервативными силами, при любых движениях этих тел не изменяется. Происходят лишь взаи мные превращения потенциальной энергии тел в их кинетическую энергию и обратно. Еще один пример из жизни. Сохранение энергии – во прос сложный и во многом не до конца разгадан , поэт ому приведу следующее простенькое сравнение . Вообразите , что мать оставляет в комнате ребенка с 28 кубиками , которые не льзя сломать . Ребенок играет кубиками целый день , и мать , вернувшись , обн аруживает , что кубиков по-прежнему 28 – она следит за сохранением кубиков ! Так продолжается день за днем , но однажды , вернувшись , она находит все го 27 кубиков . Оказывается , один кубик валяется за окном – ребенок его вы кинул . Рассматривая законы сохранения , прежде всего нужно убедится в то м , что ваши предметы не вылетают за окно . Такая же неувязка получится , есл и в гости к ребенку придет другой мальчик со своими кубиками . Ясно , что в се это нужно учитывать , рассуждая о законах сохранения . В один прекрасны й день мать , пересчитывая , обнаруживает всего 25 кубиков и подозревает , чт о остальные 3 ребенок спрятал в коробку для игрушек . Тогда она говорит : “ Я открою коробку “ . “ Нет , - отвечает он , - не смей открывать мою коробку “ . Но м ама очень сообразительна и рассуждает так : “ Я знаю , что пустая коробка в есит 50 г , а каждый кубик весит 100 г , поэтому мне надо просто – напросто взве сить коробку “ . Затем , подсчитав число кубиков , она получит Число видимых кубиков + ( Масса коробки – 50 г ) / 100 г - опять 28 . Какое-то время все идет гладко , но потом сумма опять н е сходится . Тут она замечает , что в раковине изменился уровень грязной во ды . Она знает , что если кубиков в воде нет , то глубина ее равна 15 см , а если по ложить туда один кубик , то уровень повысится на 0,5 см . Число видимых кубиков + ( масса коробки – 50 г ) / 100 г + ( уровень воды – 15 см ) / 0,5 см и снова получается 28 . Мы установили , что для закона сохранения энергии у нас есть схема с целым набором правил . Согласно каждому из этих правил , мы можем вычислить зна чение для каждого из видов энергии . Если мы сложим все значения , соответс твующие разным видам энергии , то сумма их всегда будет одинаковой . Взаимосвязь потенциальной и кинетической энергий. Рассмотрим один пр имеров применения закона сохранения энергии . Мы знаем , что W=Wк + Wп . Рассмо трим так называемые “американские горы” в разрезе . Допустим , что тележ ка начинает свое движение с высоты h над уровнем Земли . По своему опыту мы знаем , что скорость тележки наибольшая в “долинах” и наименьшая на “гор ах” . Это объясняется взаимным превращением потенциальной и кинетическ ой энергий . Поскольку потенциальная энергия в любой точке пропорционал ьна высоте этой точке над уровнем отсчета ( или Земли ) , разрез гор можно пр евратить прямо в диаграмму потенциальной энергии. Пользуясь этим графи ком , мы можем узнать значение Wпот в любой точке пути тележки . Положение S=S1=0 соответствует точке старта , где Wпот( S1 ) = mgh1 и Wкин( S1 ) = 0 . В результ ате полная энергия W в точке S=S1 равна W=Wпот( S1 ) + Wкин( S1 ) = mgh1 . Если пренебрегать по терями энергии на трение , то , согласно закону сохранения энергии , полная энергия в любой другой точке тоже должна быть равна mgh1 . В точке S= S2, где тел ежка находится на высоте h2 , потенциальная энергия равна Wпот( S2 ) = mgh2 и кинети ческая энергия должна быть равна разности между W и Wпот ( S2 ) , т.е. W ки н ( S2 ) =W– W пот ( S2 )= mg( h1 – h2 ) . Таким образом , можно построить график к инетической энергии , которая представляет собой расстояние от прямой , изображающей полную энергию до кривой потенциальной энергии . Всеобщи й характер закона сохранения энергии. Выходит , все рассматриваемые нами случаи имели одну весомую оговорку : не учитывалась сила трения . Но когда на тело действует сила трения ( сама по себе или вместе с другими силами ) , закон сохранения механической энергии нарушается : кинетическая энерг ия уменьшается , а потенциальная взамен не появляется . Полная механичес кая энергия уменьшается . Но при этом всегда растет внутренняя энергия . С развитием физики обнаруживались все новые виды внутренней энергии тел : была обнаружена световая энергия , энергия электромагнитных волн , химич еская энергия , проявляющаяся при химических реакциях ; наконец , была отк рыта ядерная энергия . Оказалось , что если над телом произведена некотор ая работа , то его суммарная энергия настолько же убывает . Для всех видов энергии оказалось , что возможен переход энергии из одного вида в другой , переход энергии от одного тела к другому , но что и при всех таких перехода х общее количество энергии всех видов , включая и механическую и все виды внутренней энергии , остается все время строго постоянным . В этом заключ ается всеобщность закона сохранения энергии . Хотя общее количество энергии остается постоянным , количество полезно й для нас энергии может уменьшаться и в действительности постоянно умен ьшается . Переход энергии в другую форму может означать переход ее в бесп олезную для нас форму . В механике чаще всего это – нагревание окружающе й среды , трущихся поверхностей и т.п. Такие потери не только невыгодны , но даже вредно отзываются на самих механизмах ; так , во избежание перегрева ния приходится специально охлаждать трущиеся части механизмов . Наибо лее важный физический принцип. Любой физический закон имеет ценность ли шь постольку , поскольку он позволяет проникнуть в тайны природы . С этой т очки зрения закон сохранения энергии , конечно , самый важный закон в наук е . Вместе с законом сохранения импульса рассмотрение баланса энергии в радиоактивном ( -распаде привело к постулированию существования нейтри но – одной из наиболее интересных фундаментальных частиц . используя за кон сохранения энергии , мы смогли глубоко проникнуть в сущность сложней ших процессов , протекающих в биологических системах .Несмотря на чрезвы чайную трудность проведения точных физических измерений на живых орга низмах , при изучении процессов обмена веществ в малых организмах удалос ь подтвердить справедливость закона сохранения энергии с точностью 0,2 % . Многие явления природы задают нам интересные загадки в связи с энерги ей . Не так давно были открыты объекты , названные квазарами ( quasar – сокращение от quasi star – “будто бы звезда” . ) Они находятся на громадных р асстояниях от нас и излучают в виде света и радиоволн так много энергии , ч то возникает вопрос , откуда она берется . Если энергия сохраняется , то со стояние квазара после того , как он излучил такое чудовищное количество энергии , должно отличаться от первоначального . Вопрос в том , является ли источником энергии гравитация - не произошел ли гравитационный коллапс квазара , переход в иное гравитационное состояние ? Или это мощное излуче ние вызвано ядерной энергией ? Никто не знает . Вы скажете : “А может быть , з акон сохранения энергии несправедлив ?” Нет , когда явление исследован о так мало , как квазар ( квазары настолько далеки , что астрономам нелегко их увидеть ) , и как будто бы противоречит основным законам основным закон ам , обычно оказывается , что не закон ошибочен , а просто мы недостаточно з наем явление . Другой интересный пример использования закона сохранения энергии- реа кция распада нейтрона на протон , электрон и антинейтрино . Сначала думал и , что нейтрон превращается в протон и электрон . Но когда измерили энерги ю всех частиц , оказалось , что энергия протона и электрона меньше энергии нейтрона . Возможны были два объяснения . Во– первых , мог быть неправильн ым закон сохранения энергии . Бор предположил , что закон сохранения выпо лняется только в среднем , статистически . Но теперь выяснилось , что прави льно другое объяснение : энергии не совпадают потому , что при реакциях во зникает еще какая – то частица – частица , которую мы называем теперь ан тинейтрино . Антинейтрино уносит с собой часть энергии . Вы скажете , что а нтинейтрино , мол , только для того и придумали , чтобы спасти закон сохран ения энергии . Но оно спасает и многие другие законы , например закон сохра нения количества движения , а совсем недавно мы получили прямые доказате льства , что нейтрино действительно существует . Этот пример очень показателен . Почему же мы можем распространять наши з аконы на области , подробно не изученные ? Почему мы так уверены , что како е-то новое явление подчиняется закону сохранения энергии , если проверял и закон только на известных явлениях ? Время от времени вы читаете в журна лах , что физики убедились в ошибочности одного из своих любимых законов . Так , может быть , не нужно говорить , что закон выполняется там , куда вы еще не заглядывали , вы ничего не узнаете . Если вы принимаете только те законы , которые относятся уже к проделанным опытам , вы не сможете сделать никак их предсказаний . А ведь единственная польза от науки в том , что она позво ляет заглядывать вперед , строить догадки . Поэтому мы вечно ходим , вытяну в шею . А что касается энергии , она , вероятнее всего , сохраняется и в други х местах . Теория удара . Поскольку моя работа имеет отношение к действию закона сохранения энер гии при ударе , рассмотрим теорию удара . Явление удара . Движение твердо го тела , происходящее под действием обычных сил , характеризуется непре рывным изменением модулей и направлений скоростей его точек . Однако вст речаются случаи , когда скорости точек тела , а следовательно , и количеств о движения твердого тела , за ничтожно малый промежуток времени получают конечные изменения . Явление , при котором за ничтожно малый промежуток времени скорости точе к тела изменяются на конечную величину , называется ударом . Примерами этого явления могут служить : удар мяча о стену , удар кия и бил лиардный шар , удар молота о болванку , лежащую на наковальне , бабы копра о сваю и ряд других случаев . Конечное изменение количества движения твердого тела или материальной точки за ничтожно малый промежуток времени удара происходит потому , что модули сил , которые развиваются при ударе , весьма велики , вследствие чего импульсы этих сил за время удара являются конеч ными величинами . Такие силы называются мгновенными или ударными . Дейс твие ударной силы н материальную точку . Рассмотрим материальную точку М , движущуюся под действием приложенных к ней сил . Равнодействующую этих сил ( конечной величины ) обозначим Рк . Предположим , что в некоторый моме нт t1 на точку М , занимавшую положение В дополнительно начала действовать ударная сила Р , прекратившая свое действие в момент t2= t1 + ? , где ? - время удара . Определим изменение количества движения материальной точки за промежу ток времени ?. Обозначим S и S1 импульсы сил Р и Рк, действовавшие на точку за в ремя ? . По теореме изменения количества движе ния материальной точки mv2 – mv1 = S + Sк ( 1 ) Импульс Sк силы Рк за ничтожно малый промежуток времени ? будет величино й того же порядка малости, что и ?. Импульс же S ударной силы Р за это время яв ляется величиной конечной. Поэтому импульсом Sк ( по сравнению с импульсо м S ) можно пренебречь . Тогда уравнение ( 1 ) примет вид mv2 – mv1 = S ( 2 ) или v2 – v1 = S/m ( 3 ) Уравнение ( 3 ) показывает , что скорость v2 отличается от скорости v1 на конечн ую величину S / m . Ввиду того , что продолжительность удара ? ничтожно мала , а скорость точки за время удара мала и им можно пренебречь . В положении В точка получает конечное изменение скорости от v1 до v2 . Поэтом у в положении В , где действовала ударная сила , происходит резкое измене ние траектории точки АВD . После прекращения действия ударной силы точка движется снова под действием равнодействующей Рк ( на участке ВD ) . Таким образом , можно сделать следующие выводы о действии ударной силы н а материальную точку : 1) действием не мгновенных сил за время удара можн о пренебречь . 2) перемещение материальной точки за время удара можно не учитывать . 3) результат действия ударной силы на материальную точку выражается в к онечном изменении за время удара вектора ее скорости , определяемом урав нением ( 3 ) . Практическая часть. Испытание прочности древесины на удар . При испытании материалов на удар используется закон сохранения механи ческой энергии . Само испытание основано на том , что работа , нужная для ра зрушения материала , равна изменению потенциальной энергии падающего н а образец тяжелого маятника . Испытательные устройства , которые служа т для этого называют вертикальными маятниковыми копрами . Для демонстрации испытания прочности образца при ударе собирают устан овку: в верхней части двух штативов закрепляют зажимы, в углублениях, на к оторых кладут металлическую трубку с отверстиями посередине. В них плот но вставляют металлический стержень для маятника. На нижний конец стерж ня насаживают диск массой 1,9 кг. На трубку надевают деревянную рамку так , ч тобы она могла поворачиваться вокруг горизонтальной оси с некоторым тр ением . Между штативами помещают испытуемый образец – деревянный брусок , выре занный поперек волокон и сильно отклоняют маятник ( измерительной линейкой определяя высоту его поднятия ) и отпускают . Бру сок ломается , а маятник после удара поднимается на некоторую высоту , пов арачивая рамку . Заметив положение рамки можно определить высоту поднят ия маятника после удара . Разность потенциальных энергий маятника до и п осле удара дает работу , которая затрачена на разрушение материала . Чтоб ы определить ударную вязкость надо эту работу разделить на площадь попе речного сечения испытуемого образца . При этом прочность на удар во мног ом зависит от температуры , влажности и некоторых других условий . Анализ практических исследований . Проведенные практические исследования , состоящие из 6 серий опытов ( при чем каждая серия включала в себя по два опыта с одинаковыми начальными п араметрами ( условиями ) : высота поднятия маятника до опыта , h ; температура испытуемого образца , площадь поперечного сечения ) , позволяют выявить р яд закономерностей , которые могут найти обширное применение в технике . Зависимость между значением ударной и температурой можно вывести из сл едующих соображений : ?1 = ( а10 - а0 ) / а10 = 3,1 % ?2 = ( а0 - а-10 ) / а0 = 6,3 % ( 1 ) ?3 = ( а-10 - а-20 ) / а-10 = 12,5 % Ударна я вязкость вычисляется по формуле : аn = А / S = mg( h1 – h2 ) / S = mg?h / S ( 2 ) Из таблицы, которая приведена ниже видно , ударная вязкость зависит от те мпературы образца . Выведем зависимость между значением ударной вязкос ти и температурой : 1) Примем за точку отсчета t° = 10°C ( в принципе можно взять и другую температуру ) . 2) Из вышеприведенных вычислений , следует что раз ность между значениями ударной вязкости при двух разных температурах ( 10 ° и 0° ) составляет примерно 3 % . 3)Тогда выражение ( 2 ) можно представить в сл едующем виде : аn ( t ) =( mg?h / S ) · ( 1 ± bn ) ( 3 ) , где mg?h / S = а10 = const , обозначим ее буквой г . bn – член геометрической прогрессии , выражающий сущность зависимости изменения значений аn ( t ) от температур ; bn = k ·2n-1 , где k – 0,03 ( см. пункт 2 ) при г = а10 ; n – показатель степени , равный отношен ию | ?t | / 10 , где ?t = t – 10 , т.е. b|?t|/10 = 0,03 · 2(?t/10-1) знак “плюс” или “минус” ставятся в случаях соответственного повышения ( понижения ) температуры по сравнению с нач альной ( 10єC ) . исходя из этого выражения ( 3 ) примет вид : аn(?tє) = г - г·0,03·2(?t/10-1)= г - г·0,03/2 ·2|?t|/10= =г - 0,015· г · 2|?t|/10 ( 4 ) аn (?tє) = г – 0,015 г ·2|?t|/10 ( 4а ), при понижении температуры аn (?tє) = г + 0,015 г ·2|?t|/10 ( 4б ), при повыш ении температуры Определение погрешности вычислений. аn = mg?h / S = mg ( h1 - h2 ) / S ?h1ґ = 0,01 ( ?h2ґ = 0,025 ( 6 ?h3ґ = 0,01 ( ?hcр =? ?hi / 6 = 0,01 ?h4ґ = 0,01 | n=1 ?h5ґ = 0,005 | ?h6ґ = 0,005 ( аn = mg ( h1 – h2 ) ± mg ?hґср / S аn = а ± 291 Дж/мІ Погрешность вычислений при 50є( ?t (-50є не превышает 5 % , следовательно вычисле ния можно считать достоверными . Следует отметить , что функция аn ( ?tє ) является показательной , причем lim г ( 1 – 0,015·2 |?t|/10 ) = 0 ?t>-50? Отсюда следует , что при понижении температуры в 5 раз по сравнению с п ервоначальной древесины имеет крайне низкую ударной вязкость . При ?t( -50є з ависимость аn( ?tє ) будет иметь несколько другой вид , чем в выражении ( 4 ) . Из – за широкого диапазона температур и громоздких и трудных вычислений м ы не исследуем эту зависимость . Свойства древесины . Механические свой ства древесины не одинаковы в разных направлениях волокон и зависят от р азличных факторов ( влажности , температуры , объемного веса и др. ) . При исп ытании механических свойств древесины учитывают ее влажность и резуль таты испытаний пересчитываются на 15 % -ную влажность по формуле ( справедлива в пределах от 8 до 20 % влажности ) D15 = D? [1 + a ( W – 15 ) ] , где D15 - величина показателя механических свойств древесины пр и влажности 15 % ; D? - то же при влажности в момент испытания ; W – влажность образца в момент испытания в % ; a – поправочный коэффициент на влажность . При сжатии вдоль волокон : сосны , кедра , лиственницы , бука , ясеня , ильмы и березы а = 0,05 ; ели , пихты сибирской , дуба и прочих лиственных пород а = 0,04 ; при р астяжении вдоль волокон лиственных пород а = 0,015 ( для древисины хвойных пор од а не учитывается ) ; при статическом изгибе ( поперечном – тангентально м ) всех пород а =0, 04 ; при скалывании а = 0,05. С увеличением влажности от нуля до точки насыщения волокон показатели м еханических свойств древесины уменьшаются . При увеличении влажности н а 1 % предел прочности при сжатии вдоль волокон уменьшается на 4 – 5 % в завис имости от породы . Влияние влажности на предел прочности при растяжении вдоль волокон и на модуль упругости очень мало , а на сопротивление ударн ому изгибу - вовсе не учитывается . В пределах от точки насыщения волокон и выше изменение влажности не влия ет на механические свойства древесины . С возрастанием температуры прочные и упругие свойства древисины пониж аются . Предел прочности при сжатии вдоль волокон при температуре +80єС сос тавляет около 75 % , при растяжении вдоль волокон ? 80 % , скалывании вдоль волок он ( тангентальная плоскость ) ?50 % и сопротивление ударному изгибу ? 90 % от ве личины этих свойств при нормальной температуре ( + 20єС ) . С понижением температуры прочные характеристики древесины возрастают . При температуре - 60єС пределы прочности при скалывании , растяжении и сж атии вдоль волокон и сопротивление ударному изгибу составляют соответ ственно 115 ; 120 ; 145 и 200 % от величины этих свойств при температуре +20єС . Практическое применение результатов опыта. Законы сохранения находят широкое применение в технике : машиностроени е , судостроение , аппаратостроение . Применение в любой отрасли производ ства , где необходимо учитывать ряд механических свойств материала и дин амику их изменения , при расчетах используется закон сохранения энергии . Таким образом , решается немалая часть задач , связанных с проектировани ем высококачественного , эффективного , износостойкого и самое главное – ценного , но в то же время экономичного оборудования . Так , например , при конструировании ряда ДВС для судов ( в основном это диз ели ) учитывается вредное воздействие поршня на стенки цилиндровой втул ки , связанное с ударными нагрузками . При расчете толщины этих стенок для обеспечения износостойкости решается ряд инженерных задач по определе нию ударной вязкости , исходя из закона сохранения энергии . В качестве второго примера можно привести огромное значение ударной вя зкости при расчете усталостного разрушения направляющих лопаток реакт ивной турбины в паротурбинных установках . При ударе об полость лопатки массы перегретого па ра происходит износ поверхности работающих лопаток . Для его уменьшения делается расчет на износоспособность , в ходе которого опять таки делает ся упор на определение ударной . Заключение . Целью данной работы являлось проверит ь и применить на практике закон сохранения энергии , попытаться вывести ряд зависимостей между параметрами окружающих условий и более детальн о рассмотреть одно из важных механических свойств материалов – ударну ю вязкость и найти закономерность ее изменения с изменением окружающих условий. Надеюсь , что эта цель достигнута .
© Рефератбанк, 2002 - 2017