Механика (стр. 9 )

,см	D ,см	a,см	Da,см	b,см	Db,см

Для стержня цилиндрической формы в таблице 2 оставить четыре столбца, а ширину стержня а, заменить диаметром стержня d.

Лабораторная работа №3

Определение модуля Юнга для балки с двухсторонним

жестким закреплением под действием сосредоточенной нагрузки

Цель работы: Исследование прогиба жестко закрепленной с двух сторон однородной балки под действием сосредоточенной изгибающей силы и определение модуля Юнга материала стержня.

Приборы и оборудование: Укрепленные на стене опорные призмы, штангенциркуль, линейка, набор грузов, исследуемые стержни круглой или прямоугольной формы из стали, латуни, дерева или другого материала (выбор по заданию преподавателя), индикатор.

Теория вопроса

В основе данной лабораторной работы лежит решение следующей задачи:

Определить стрелу прогиба центра однородной балки с жестко закрепленными концами под действием сосредоточенной силы F, приложенной к ее середине (рис. 28), без учета веса балки.

Решение этой задачи можно начинать с анализа результата предыдущей задачи. Когда балка свободно лежала на двух опорах (рис. 23), влияние последних сводилась к силам F/2, с которыми точечные опоры давили на балку.

В случае балки с жестко закрепленными концами векторная сумма сил реакции опоры, действующих на какой-либо конец балки, по-прежнему равна F/2. Но помимо этой силы реакции возникает вращающий момент M, действующий на балку. Поэтому уравнение равновесия надо записать в виде:

Рис. 24.

, при x£ /2. (1)

Вращательный момент M неизвестен и подлежит определению. Уравнение (1) нужно решить при условиях:

1)  у = 0, если х = 0, так как эта точка выбрана за начало осей координат системы отсчета;

2)  у' = 0, если x = 0, так как функция у =у (х) в этой точке принимает экстремальное значение;

3)  у' = 0, если х = /2, так как функция у =у (х) в этой точке также принимает экстремальное значение.

Перепишем уравнение (1) в удобном для его решения виде:

.

Проинтегрируем последнее выражение и тогда найдем первую производную от искомой функции

.

Используем второе из названных выше начальных условий и найдем, что значение C1=0. Тогда первая производная от искомой функции имеет вид:

. (2)

Использование третьего начального условия позволяет определить момент сил M:

Тогда значение момента сил M связано с силой F и длиной балки формулой

.

Теперь проинтегрируем первую производную и найдем функцию y = y (x)

Подставляем в последнюю формулу найденное выше значение момента сил M и тогда получим:

.

Значение постоянной интегрирования С2 находим из первого начального условия и получаем, что С2=0.

Если в последнюю формулу подставить значение х = /2, то получим стрелу прогиба при деформации изгиба в указанной задаче:

. (3)

Выполнение работы.

1. Провести исследование в соответствии с заданием преподавателя.

2. Ha середину жестко закрепленного с обоих концов стержня (рис.24) последовательно подвешивать грузы разной массы.

3. Для каждой подвешенной массы измерить стрелу прогиба.

4. Построить график зависимости стрелы прогиба от силы тяжести груза λ = λ(mg).

5. По графику определить (по углу наклона α) жесткость балки k = tgα.

или рассчитать по формуле:.

6. По формуле для определения модуля упругости рассчитать его численное значение:

для стержня прямоугольной формы: для стержня цилиндрической формы:

.

7. Свои результаты измерений и вычислений занести в таблицы1,2.

8. Оценить погрешность измерений по формуле:

для стержня цилиндрической формы: для стержня прямоугольной формы:

; .

9. Записать результат: E = <E> ± DE, где DE = ε·<E>; ε= α %.

10. Сравнить полученный результат с табличным значением.

Таблица1 Измерение стрелы прогиба и определение модуля Юга

№/№	m, кг	Dm, кг	, м	D, м	, мм	, мм	k, Н/м	Dk, Н/м	E, Н/м	DЕ, Н/м	ε %
1
2
3

Таблица 2 Геометрические размеры стержня прямоугольной формы

,см	D ,см	a,см	Da,см	b,см	Db,см

Для стержня цилиндрической формы в таблице 2 оставить четыре столбца, а ширину стержня а, заменить диаметром стержня d.

Лабораторная работа №4

Определение модуля Юнга в случае

одностороннего закрепления балки

Цель работы: Исследование изгибания балки закрепленной с одного конца и определение модуля Юнга материала балки.

Приборы и оборудование: Укрепленные на стене опорные призмы, штангенциркуль, линейка, набор грузов, исследуемые стержни из стали, латуни, дерева или другого материала круглой или прямоугольной формы в их поперечном сечении (выбор по заданию преподавателя), индикатор.

Теория вопроса

В основе данной лабораторной работе лежит решение следующей задачи.

Определить стрелу прогиба балки, жестко закрепленной одним из своих концов, под действием сосредоточенной силы приложенной к свободному концу балки и определить модуль Юнга материала балки.

Решение задачи выполним поэтапно. На первом шаге рассмотрим изгиб балки без учета собственного веса стержня (рис.25).

Рис.25

Поместим начало координат в точку О, в которой нейтральная линия балки пересекается с плоскостью стены. Через произвольную точку В(х) с координатой х = ОВ проведем нормальное сечение. Для равновесия необходимо, чтобы сила F1, действующая на часть BА со стороны части ОB, была направлена вверх и равнялась F. Вместе с силой F она образует пару сил с моментом равным

, (1)

где - длина балки.