趙　英

(湖南大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙　410082)

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金屬絲在靜態(tài)拉伸時(shí)滯后現(xiàn)象的觀測(cè)

趙英

(湖南大學(xué)，湖南 長(zhǎng)沙410082)

摘 要：在用靜態(tài)拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)中，可以明顯觀察到彈性滯后現(xiàn)象。本文通過(guò)測(cè)量數(shù)據(jù)和彈性特性曲線直觀展示了金屬絲在靜態(tài)拉伸時(shí)的彈性滯后現(xiàn)象，估算了滯后的大小。

關(guān)鍵詞：彈性滯后；靜態(tài)拉伸；楊氏彈性模量

在用靜態(tài)拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)中，假定被測(cè)金屬絲是側(cè)面不受約束的彈性介質(zhì)，且測(cè)量是在彈性限度內(nèi)進(jìn)行的，即假定金屬絲的伸長(zhǎng)與所施拉力成正比、拉力撤銷(xiāo)后能完全恢復(fù)原長(zhǎng)。

而在實(shí)際測(cè)量中，在增加與減少砝碼的過(guò)程中，相同砝碼重量下的鏡尺讀數(shù)總有差距。分析可能產(chǎn)生差距的原因，有：①在砝碼托上放一至兩個(gè)砝碼預(yù)拉伸金屬絲后，金屬絲還有殘余的彎曲；②下卡頭與圓孔內(nèi)壁的摩擦；③金屬絲的彈性滯后；④金屬絲的彈性后效；⑤金屬絲的范性形變；⑥楊氏模量?jī)x立柱的受壓伸縮。

參考文獻(xiàn)[1]對(duì)實(shí)驗(yàn)中可能引起差距的因素作了仔細(xì)分析。參照參考文獻(xiàn)[1]的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，采取合理安排預(yù)拉伸時(shí)砝碼的重量、避免下卡頭與圓孔內(nèi)壁的摩擦出現(xiàn)、待金屬絲停止震蕩后再讀數(shù)、控制砝碼的總重量等等措施，可排除上述①、②、④、⑤和⑥這幾個(gè)因素，產(chǎn)生差距的原因就主要?dú)w咎于金屬絲的彈性滯后。

參照參考文獻(xiàn)[2]對(duì)彈性敏感元件的分析，“彈性滯后”是指彈性元件在彈性形變范圍內(nèi)其彈性特性的加載曲線與卸載曲線不重合的現(xiàn)象。引起彈性滯后的原因，主要是由于彈性元件在被拉伸時(shí)材料分子間存在內(nèi)摩擦。

在用靜態(tài)拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)中，金屬絲的彈性滯后情形究竟如何？為此，在YANG-1A型楊氏模量測(cè)量?jī)x上對(duì)直徑約0.5 mm、長(zhǎng)度約0.6 m的碳鋼絲做了兩組測(cè)量[3-4]。

第一組測(cè)量，用百分表固定在下卡頭上方測(cè)金屬絲的伸長(zhǎng)，結(jié)果如表1和圖1所示。表中，百分表讀數(shù)越小所對(duì)應(yīng)的金屬絲伸長(zhǎng)越大。

表1　增減砝碼時(shí)記錄百分表讀數(shù)

圖1　百分表讀數(shù)與砝碼質(zhì)量關(guān)系曲線

第二組測(cè)量，用光杠桿系統(tǒng)放大伸長(zhǎng)量，讀鏡尺讀數(shù)，結(jié)果如表2和圖2所示。表中，鏡尺讀數(shù)越大所對(duì)應(yīng)的金屬絲伸長(zhǎng)越大。

表2　增減砝碼時(shí)記錄相應(yīng)的鏡尺讀數(shù)下掛砝碼質(zhì)量

圖2　鏡尺讀數(shù)與砝碼質(zhì)量關(guān)系曲線

從兩組數(shù)據(jù)和彈性特性曲線可以看到，除了第一次增加砝碼的頭兩個(gè)讀數(shù)以外，其余讀數(shù)都落在遲滯環(huán)內(nèi)，且重復(fù)性很好。

遲滯的大小，若用最大輸出差值對(duì)滿(mǎn)量程輸出的百分比來(lái)表示，由表1和圖1可算出約為

綜上所述，在用靜態(tài)拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)中，的確存在彈性滯后現(xiàn)象，遲滯的量也較大,從測(cè)量數(shù)據(jù)可以很明顯地觀察到。

實(shí)驗(yàn)課中經(jīng)常有學(xué)生觀察到相同砝碼重量時(shí)的數(shù)據(jù)的差距而提問(wèn)。教師在指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)講解測(cè)量原理時(shí)，也應(yīng)該加入有關(guān)遲滯的內(nèi)容，一來(lái)解答學(xué)生的疑惑，二來(lái)拓展學(xué)生的知識(shí)面。

[1]鮑宇，羅致.靜態(tài)拉伸法測(cè)量金屬絲楊氏彈性模量實(shí)驗(yàn)結(jié)果的偏差分析[J].物理與工程， 2005,15(5)．

[2]劉迎春，葉湘濱.傳感器原理設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：國(guó)防科技大學(xué)出版社，2002．

[3]蔡莉莉，王會(huì)彬.拉伸法測(cè)金屬絲楊氏模量實(shí)驗(yàn)裝置改進(jìn)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2015(1)：57-59.

[4]李儒頌，李志坤.楊氏模量測(cè)量裝置的設(shè)計(jì)[J].大學(xué)物理實(shí)驗(yàn)，2014(5)：51-53.

Investigation of the Hysteresis Phenomenon for a Metal Wire Stretched Statically

ZHAO Ying

(Hunan University,Hunan Changsha 410082)

Abstract：Hysteresis Phenomenon can be observed obviously in the experiment of Determination Young’s Modulus for a Metal Wire.This thesis shows the hysteresis phenomenon on a metal wire which is stretched statically by means of measuring data and elastic characteristic curves.Quantity of the hysteresis is calculated roughly.

Key words：elastic hysteresis；static stretch；Young’s modulus

中圖分類(lèi)號(hào)：O 4-34

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.012

文章編號(hào)：1007-2934(2016)01-0046-02

收稿日期：2015-04-18