Ⅰ 拉伸法楊氏模量的測量實驗的誤差產生的主要原因有哪些
在進行拉伸法測量楊氏模量的實驗中,系統誤差是主要誤差來源之一。由於實驗設備通常不具備調整至標准狀態的功能,測量時往往在非標准狀態下進行,這會導致系統誤差的產生。具體來說,標尺雖然基本平行固定在立柱上,但在底座放置於水平桌面時,標尺能基本保持鉛直狀態,然而望遠鏡和光杠桿平面鏡卻需要手動調節,常處於傾斜較大的非標准狀態。
偶然誤差則源於實驗過程中無法預見的不確定因素,導致每次測量值的無規律波動。在實驗中,所使用的砝碼帶有缺口,且在逐次加砝碼時要求砝碼口互相相對放置。如果放置時缺口始終朝向同一方向,可能會導致砝碼倒塌,從而造成測量失敗。此外,取放砝碼時必須輕拿輕放,任何輕微的震動都可能使光杠桿移動,同樣會導致測量失敗。
楊氏彈性模量是選擇機械零件材料的重要依據之一。測定楊氏模量對於研究金屬材料、光纖材料、半導體、納米材料、聚合物、陶瓷、橡膠等各種材料的力學性質具有重要意義,還廣泛應用於機械零部件設計、生物力學和地質等領域。測量楊氏模量的方法包括拉伸法、梁彎曲法、振動法、內耗法等,近年來還出現了利用光纖位移感測器、莫爾條紋、電渦流感測器和波動傳遞技術(如微波或超聲波)等實驗技術和方法。
材料在彈性變形階段,其應力與應變呈正比關系,即符合胡克定律,比例系數為彈性模量。彈性模量反映了材料抵抗彈性變形的能力,其值越大,材料在相同應力作用下的彈性變形越小,表明材料的剛度越大。模量的性質依賴於形變的性質,剪切形變時的模量稱為剪切模量,用G表示;壓縮形變時的模量稱為壓縮模量,用K表示。模量的倒數稱為柔量,用J表示。