Nalika Hukum Hooke henteu cekap deui ...

Numutkeun hukum Hooke urang dipikawanoh tina buku teks sakola, elongation awak kudu langsung sabanding jeung stress dilarapkeun. Nanging, seueur bahan anu penting pisan dina téknologi modéren sareng kahirupan sapopoe ngan ukur sasuai sareng hukum ieu atanapi kalakuanana béda-béda. Fisikawan sareng insinyur nyarios yén bahan sapertos kitu ngagaduhan sipat rheologis. Ulikan ngeunaan sipat ieu bakal jadi subyek sababaraha percobaan metot.

Rheology nyaéta ulikan ngeunaan sipat bahan anu paripolahna ngaleuwihan téori élastisitas dumasar kana hukum Hooke anu disebut tadi. kabiasaan ieu pakait sareng loba fenomena metot. Ieu kalebet, khususna: telat mulangkeun bahan kana kaayaan aslina saatos turunna tegangan, nyaéta, histeresis elastis; ngaronjat elongation awak dina stress konstan, disebutkeun disebut aliran; atawa kanaékan sababaraha kali lalawanan ka deformasi jeung karasa awak mimitina palastik, nepi ka penampilan sipat karakteristik bahan rapuh.

puguh pangawasa

Hiji tungtung pangawasa plastik kalayan panjang 30 cm atawa leuwih dipasang dina rahang vise ambéh pangawasa nangtung (Gbr. 1). Urang nampik tungtung luhur pangawasa ti nangtung ku ukur sababaraha milimeter sarta ngaleupaskeun. Catet yén bagian bébas tina pangawasa osilasi sababaraha kali sabudeureun posisi kasatimbangan nangtung sarta balik deui ka kaayaan aslina (Gbr. 1a). Osilasi anu dititénan harmonis, sabab dina defleksi leutik gedéna gaya elastis anu bertindak salaku gaya panuntun langsung sabanding jeung defleksi tungtung pangawasa. Paripolah pangawasa ieu digambarkeun ku téori élastisitas. 

Sangu. 1. Ulikan ngeunaan histeresis elastis maké pangawasa

1 - ambulan,

2 - rahang vise, A - simpangan tungtung pangawasa ti nangtung

Dina bagian kadua percobaan, urang deflect tungtung luhur pangawasa ku sababaraha séntiméter, leupaskeun eta, sarta nitenan kabiasaan na (Gbr. 1b). Ayeuna tungtung ieu lalaunan balik deui ka posisi kasatimbangan. Ieu alatan kaleuwihan wates elastis tina bahan pangawasa. Pangaruh ieu disebut histeresis elastis. Ieu diwangun dina balik slow awak cacad kana kaayaan aslina. Upami urang ngulang percobaan terakhir ieu ku cara ngadengdekkeun tungtung luhur pangawasa langkung seueur, urang bakal mendakan yén uih deui ogé bakal langkung laun sareng tiasa nyandak sababaraha menit. Sajaba ti éta, pangawasa moal balik persis ka posisi nangtung sarta bakal tetep ngagulung permanén. Balukar anu dijelaskeun dina bagian kadua percobaan ngan ukur salah sahiji subjék panalungtikan rheology.

Manuk balik atawa lancah

Pikeun pangalaman salajengna, urang bakal ngagunakeun mirah tur gampang mésér kaulinan (kadangkala malah sadia di kios). Ieu diwangun ku hiji figurine datar dina bentuk manuk atawa sato lianna, kayaning lancah, disambungkeun ku tali panjang kalayan cecekelan ngawangun ring (Gbr. 2a). Sakabéh cocooan didamel tina bahan anu tahan banting, sapertos karét anu rada lengket nalika dirampa. Pitana tiasa dipanjangkeun kalayan gampang, ningkatkeun panjangna sababaraha kali tanpa nyéépkeunana. Urang ngalaksanakeun percobaan deukeut permukaan lemes, kayaning kaca eunteung atawa témbok jati. Kalayan ramo hiji leungeun, tahan gagang sareng ngadamel gelombang, ku kituna ngalungkeun cocooan kana permukaan anu mulus. Anjeun bakal aya bewara nu figurine nempel kana beungeut jeung tape tetep taut. Urang terus nyekel cecekelan ku ramo urang pikeun sababaraha puluhan detik atawa leuwih.

Sangu. 2. Hiji conto vivid of hysteresis elastis, ditémbongkeun maké cross balik

1 - patung lancah, 2 - karét gelang,

3 - cecekelan, 4 - lontar, 5 - beungeut

Saatos sababaraha waktos, urang perhatikeun yén figurine ujug-ujug kaluar tina permukaan sareng, katarik ku pita ngaleutikan panas, bakal gancang uih deui ka panangan urang. Dina hal ieu, sakumaha dina percobaan saméméhna, aya ogé hiji buruk slow tegangan, nyaéta hysteresis elastis. Gaya elastis tina pita stretched nungkulan gaya adhesion tina pola kana beungeut cai, nu ngaleuleuskeun kana waktu. Hasilna, inohong balik deui ka leungeun. Bahan kaulinan anu digunakeun dina percobaan ieu disebut ku rheologists viskoelastik. Ngaran ieu diyakinkeun ku kanyataan yén éta némbongkeun duanana sipat caket - nalika nempel dina permukaan lemes, sarta sipat elastis - alatan nu megatkeun jauh ti beungeut ieu sarta balik deui ka kaayaan aslina.

lalaki nurun

Poto 1. A figurine nurun témbok nangtung oge conto agung hysteresis elastis.

Ékspérimén ieu ogé bakal ngagunakeun cocooan anu sayogi didamel tina bahan viscoelastic (poto 1). Éta dijieun dina bentuk sosok lalaki atawa lancah. Urang buang kaulinan ieu kalawan anggota awak deployed sarta ngancik tibalik ka handap dina permukaan nangtung datar, preferably dina kaca, eunteung atawa témbok jati. Hiji obyék dialungkeun nempel kana beungeut ieu. Sanggeus sababaraha waktu, lilana nu gumantung, antara séjén, dina roughness tina beungeut jeung laju ngalungkeun, luhureun cocooan asalna off. Ieu kajadian salaku hasil tina naon anu dibahas saméméhna. histeresis elastis jeung aksi beurat inohong, nu ngagantikeun gaya elastis sabuk, nu hadir dina percobaan saméméhna.

Dina pangaruh beurat, bagian detached tina kaulinan ngabengkokkeun ka handap sarta megatkeun kaluar salajengna nepi ka bagian deui némpél beungeut nangtung. Saatos touch ieu, gluing salajengna tina sosok ka permukaan dimimitian. Hasilna, inohong bakal glued deui, tapi dina posisi sirah-handap. Prosés anu dijelaskeun di handap ieu diulang deui, kalayan tokoh-tokoh ngagentos sukuna teras sirah. Pangaruhna nyaéta sosok éta turun sapanjang permukaan nangtung, ngajantenkeun flips spektakuler.

Plastisin cair

Sangu. 3. Uji aliran plastisin

a) kaayaan awal, b) kaayaan ahir;

1 - palem, 2 - bagian luhur plasticine,

3 - indikator, 4 - constriction, 5 - torn sapotong plasticine

Dina ieu sareng sababaraha percobaan salajengna, urang bakal ngagunakeun plasticine sadia di toko kaulinan, katelah "limpung magic" atawa "tricolin". Urang knead sapotong plasticine dina bentuk sarupa dumbbell a, panjangna ngeunaan 4 cm sarta kalawan diaméter bagian kandel dina 1-2 cm sarta diaméter narrowing ngeunaan 5 mm (Gbr. 3a). Urang nyekel molding jeung ramo urang ku tungtung luhur bagian kandel jeung tahan eta teu gerak atawa ngagantung eta vertikal gigireun spidol dipasang nunjukkeun lokasi tungtung handap bagian kandel.

Ningali posisi tungtung handap plasticine, urang dicatet yén éta lalaunan pindah ka handap. Dina hal ieu, bagian tengah plasticine dikomprés. Prosés ieu disebut aliran atawa ngarayap tina bahan sarta diwangun dina ngaronjatkeun elongation na handapeun aksi stress konstan. Dina hal urang, stress ieu disababkeun ku beurat bagian handap dumbbell plasticine (Gbr. 3b). Tina sudut pandang mikroskopis ayeuna Ieu hasil tina parobahan dina struktur bahan subjected kana beban pikeun lila cukup. Dina hiji titik, kakuatan bagian narrowed jadi leutik nu ngarecah dina beurat bagian handap plasticine nyalira. Laju aliran gumantung kana sababaraha faktor, kalebet jinis bahan, jumlah sareng metode nerapkeun setrés.

Plastisin anu kami anggo sensitip pisan pikeun ngalir, sareng urang tiasa ningali ku mata taranjang dina ngan sababaraha puluh detik. Eta sia nambahan yén liat magic ieu invented by kacilakaan di Amérika Serikat, salila Perang Dunya II, nalika usaha dijieun pikeun ngahasilkeun bahan sintétik cocog pikeun produksi ban pikeun kandaraan militér. Salaku hasil tina polimérisasi teu lengkep, bahan diala dimana sajumlah molekul teu kabeungkeut, sarta beungkeut antara molekul séjén bisa kalayan gampang ngarobah posisi maranéhanana dina pangaruh faktor éksternal. Tumbu "bouncing" ieu nyumbang kana sipat endah tina bouncing liat.

bal nyimpang

Sangu. 4. Atur pikeun nguji plasticine pikeun nyebarkeun jeung rélaxasi stress:

a) kaayaan awal, b) kaayaan ahir; 1 - bal baja,

2 - wadah transparan, 3 - plasticine, 4 - basa

Ayeuna squeeze plasticine magic kana wadah transparan leutik, buka di luhur, mastikeun yén teu aya gelembung hawa di jerona (Gbr. 4a). Jangkungna sareng diaméter wadahna kedah sababaraha séntiméter. Teundeun bal baja ngeunaan 1,5 cm diaméterna di tengah beungeut luhur plasticine nu urang ninggalkeun bejana jeung bal sorangan. Unggal sababaraha jam urang niténan posisi bal. Catetan yen eta mana deeper na deeper kana plasticine, nu, kahareupna mana kana spasi luhureun beungeut bal.

Sanggeus waktu anu cukup lila, nu gumantung kana: beurat bal, jenis plasticine dipaké, ukuran bal na loyang, suhu ambient, urang perhatikeun yén bal ngahontal handap pan. Rohangan luhureun bal bakal pinuh ngeusi plasticine (Gbr. 4b). percobaan ieu nunjukeun yen bahan ngalir tur relief stress.

Luncat plasticine

Ngabentuk bal tina playdough magic tur gancang Tos eta onto permukaan teuas kayaning lantai atawa témbok. Urang perhatikeun kalawan reuwas yén plasticine mantul kaluar surfaces ieu kawas bal karét bouncy. Lempung ajaib mangrupikeun awak anu tiasa nunjukkeun sipat palastik sareng elastis. Eta gumantung kana sabaraha gancang beban bakal meta dina eta.

Nalika tekenan diterapkeun lalaunan, sapertos dina kasus kneading, éta nunjukkeun sipat plastik. Di sisi anu sanésna, nalika gaya diterapkeun gancang, anu lumangsung nalika tabrakan sareng lantai atanapi témbok, plastisin nunjukkeun sipat elastis. liat magic bisa sakeudeung disebut awak plastik-elastis.

Plasticine tensile

Poto 2. Pangaruh slow stretching of magic clay (panjangna serat stretched kira-kira 60 cm)

Waktos ieu, ngabentuk silinder plasticine magic ngeunaan 1 cm diaméterna sarta panjang sababaraha séntiméter. Candak duanana tungtung ku ramo leungeun katuhu jeung kénca anjeun tur nyetel roller horisontal. Teras we lalaunan nyebarkeun leungeun ka sisi dina hiji garis lempeng, kukituna ngabalukarkeun silinder manteng dina arah axial. Urang ngarasa yén plasticine nawarkeun ampir euweuh lalawanan, sarta kami perhatikeun yén éta narrows di tengah.

Panjang silinder plasticine bisa dironjatkeun nepi ka sababaraha puluhan séntiméter, nepi ka kabentuk thread ipis dina bagian sentral, nu bakal megatkeun kana waktu (poto 2). Pangalaman ieu nunjukkeun yén ku lalaunan nerapkeun setrés kana awak plastik-élastis, hiji tiasa nyababkeun deformasi anu ageung tanpa ngancurkeunana.

plasticine teuas

Urang nyiapkeun silinder plasticine magic dina cara nu sarua sakumaha dina percobaan saméméhna tur mungkus ramo urang sabudeureun tungtung na dina cara nu sami. Saatos konsentrasi perhatian urang, urang gancang-gancang nyebarkeun leungeun ka sisi, wanting sharply manteng silinder. Tétéla dina hal ieu urang ngarasa résistansi kacida luhurna tina plasticine, sarta silinder, heran, teu elongate pisan, tapi ngarecah dina satengah panjangna, saolah-olah dipotong ku péso (poto 3). Percobaan ieu ogé nunjukkeun yén sifat deformasi awak plastik-élastis gumantung kana laju aplikasi setrés.

Plasticine rapuh kawas kaca

Poto 3. Hasil tina manjang gancang tina plasticine magic - anjeun tiasa ningali sababaraha kali kirang elongation sarta ujung seukeut, resembling retakan dina bahan rapuh.

Eksperimen ieu nunjukkeun langkung jelas kumaha tingkat setrés mangaruhan sipat awak plastik-élastis. Ngabentuk bal kalayan diaméter kira-kira 1,5 cm tina liat magic sarta nempatkeun eta dina padet, dasar masif, kayaning pelat baja beurat, anvil, atawa lanté beton. Lalaunan pencét bal ku palu beuratna sahenteuna 0,5 kg (Gbr. 5a). Tétéla dina kaayaan ieu bal behaves kawas awak plastik sarta flattens kaluar sanggeus palu ragrag kana eta (Gbr. 5b).

Ngabentuk plasticine flattened kana bal deui sarta nempatkeun dina piring sakumaha saméméhna. Deui urang pencét bal ku palu, tapi waktos ieu urang nyobian ngalakukeun hal eta gancang-gancang (Gbr. 5c). Tétéla yén bal plasticine dina hal ieu behaves saolah-olah eta dijieun tina bahan rapuh, kayaning kaca atawa beling, sarta kana dampak eta shatters kana lembar dina sagala arah (Gbr. 5d).

Mesin termal dina pita karét farmasi

Stress dina bahan rheological bisa ngurangan ku raising hawa maranéhanana. Urang bakal ngagunakeun éfék ieu dina mesin panas kalayan prinsip operasi héran. Pikeun ngumpulna, anjeun peryogi: tutup screw jar, belasan karét pondok, jarum ageung, sapotong sagi opat tina lambaran logam ipis, sareng lampu kalayan bohlam panas pisan. Desain motor ditémbongkeun dina Gbr. 6. Pikeun ngumpul eta, motong kaluar bagian tengah ti panutup ambéh cingcin ieu dicandak.

Sangu. 5. Métode pikeun nunjukkeun plastisin sareng sipat rapuh plastisin

a) neunggeul lalaunan b) neunggeul lalaunan

c) pencét gancang dina bal, d) pangaruh pencét gancang;

1 - bal plastisin, 2 - piring padet sareng masif, 3 - palu,

v - speed palu

Di tengah cingcin ieu kami nempatkeun jarum, nyaéta sumbu, sareng nempatkeun pita elastis dina éta supados di tengah panjangna aranjeunna istirahat ngalawan cincin sareng kuat manjang. Pita elastis kedah ditempatkeun sacara simetris dina cingcin, ku kituna, kabayang sareng spokes dibentuk tina pita elastis dicandak. Ngabengkokkeun sapotong lambar logam kana bentuk crampon jeung leungeun stretched kaluar, sahingga anjeun nempatkeun bunderan saméméhna dijieun antara aranjeunna sarta nutupan satengah tina beungeutna. Dina hiji sisi cantilever, dina duanana edges nangtung na, urang nyieun cutout anu ngamungkinkeun urang pikeun nempatkeun as roda di dinya.

Teundeun as kabayang dina cutout tina rojongan. Urang muterkeun roda jeung ramo urang jeung pariksa lamun éta saimbang, i.e. teu eureun dina posisi naon. Upami ieu henteu masalahna, saimbang kabayang ku rada shifting tempat dimana karét band minuhan ring. Nempatkeun bracket dina méja jeung nyaangan bagian tina bunderan protruding ti arches na ku lampu panas pisan. Tétéla éta sanggeus bari roda mimiti muterkeun.

Alesan pikeun gerakan ieu parobahan konstan dina posisi puseur massa kabayang salaku hasil tina pangaruh disebut rheologists. rélaxasi stress termal.

Rélaxasi ieu dumasar kana kanyataan yén hiji bahan elastis kacida stressed kontrak nalika dipanaskeun. Dina mesin urang, bahan ieu karét pita sisi kabayang nonjol tina bracket bracket jeung dipanaskeun ku bohlam lampu. Hasilna, puseur massa kabayang digeser ka sisi katutupan ku leungeun rojongan. Salaku hasil tina rotasi kabayang, pita karét dipanaskeun digolongkeun antara taktak rojongan tur tiis handap, sabab aya aranjeunna disumputkeun tina bohlam teh. Erasers tiis manjang deui. Runtuyan prosés dijelaskeun ensures rotasi kontinyu tina kabayang.

Henteu ngan ukur percobaan spektakuler

Sangu. 6. Desain mesin panas dijieunna tina band karét farmasi

a) pintonan samping

b) bagian ku hiji pesawat axial; 1 - ring, 2 - jarum, 3 - pamupus farmasi,

4 - bracket, 5 - cutout dina bracket, 6 - bohlam

ayeuna réologi nyaéta widang anu ngembang pesat anu dipikaresep ku fisikawan sareng spesialis dina widang élmu téknis. Fenomena rheologis dina sababaraha kaayaan tiasa gaduh pangaruh anu ngabahayakeun kana lingkungan dimana aranjeunna lumangsung sareng kedah diperhatoskeun, contona, nalika ngarancang struktur baja ageung anu deformasi kana waktosna. Éta hasil tina nyebarkeun bahan dina aksi beban akting jeung beurat sorangan.

Ukuran akurat tina ketebalan tina cadar tambaga ngawengku roofs lungkawing tur jandéla kaca patri di gereja bersejarah geus ditémbongkeun yén elemen ieu kandel di handap ti di luhur. Ieu hasilna ayeunaduanana tambaga jeung kaca dina beurat sorangan pikeun sababaraha ratus taun. Fenomena rhéologis ogé dianggo dina seueur téknologi manufaktur modéren sareng ekonomis. Contona nyaéta daur ulang plastik. Kalolobaan produk dijieun tina bahan ieu ayeuna dijieun ku Tonjolan, gambar jeung blow molding. Hal ieu dilakukeun saatos pemanasan bahan sareng nerapkeun tekanan dina laju anu dipilih. Ku kituna, diantara hal séjén, foils, rod, pipa, serat, kitu ogé Toys jeung bagian mesin jeung wangun kompléks. Kauntungan anu penting tina metode ieu nyaéta béaya rendah sareng henteu runtah.