Ⅰ 拉伸法杨氏模量的测量实验的误差产生的主要原因有哪些
在进行拉伸法测量杨氏模量的实验中,系统误差是主要误差来源之一。由于实验设备通常不具备调整至标准状态的功能,测量时往往在非标准状态下进行,这会导致系统误差的产生。具体来说,标尺虽然基本平行固定在立柱上,但在底座放置于水平桌面时,标尺能基本保持铅直状态,然而望远镜和光杠杆平面镜却需要手动调节,常处于倾斜较大的非标准状态。
偶然误差则源于实验过程中无法预见的不确定因素,导致每次测量值的无规律波动。在实验中,所使用的砝码带有缺口,且在逐次加砝码时要求砝码口互相相对放置。如果放置时缺口始终朝向同一方向,可能会导致砝码倒塌,从而造成测量失败。此外,取放砝码时必须轻拿轻放,任何轻微的震动都可能使光杠杆移动,同样会导致测量失败。
杨氏弹性模量是选择机械零件材料的重要依据之一。测定杨氏模量对于研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质具有重要意义,还广泛应用于机械零部件设计、生物力学和地质等领域。测量杨氏模量的方法包括拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等,近年来还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术(如微波或超声波)等实验技术和方法。
材料在弹性变形阶段,其应力与应变呈正比关系,即符合胡克定律,比例系数为弹性模量。弹性模量反映了材料抵抗弹性变形的能力,其值越大,材料在相同应力作用下的弹性变形越小,表明材料的刚度越大。模量的性质依赖于形变的性质,剪切形变时的模量称为剪切模量,用G表示;压缩形变时的模量称为压缩模量,用K表示。模量的倒数称为柔量,用J表示。