周　珺

(蘭州交通大學，甘肅 蘭州　730070)

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快慢加力對金屬絲楊氏模量的影響

周珺

(蘭州交通大學，甘肅 蘭州730070)

摘 要：基于傳統(tǒng)的用拉伸法測量鋼絲的楊氏模量實驗，利用CCD傳感器技術和Origin pro 7.5圖像處理軟件，分四種加力方式進行實驗，求出不同的楊氏模量，得出了初步的變化規(guī)律，加力越快則楊氏模量越小，其原因供同行共同探討。

關鍵詞：楊氏模量；CCD傳感器；Origin pro 7.5

工科院校物理實驗，就是要更多的與生產(chǎn)實踐相結合。畢業(yè)實習時，碳素廠的檢測技術人員就提問，快慢加力對金屬絲楊氏模量有什么影響。碳素廠要對每個批次的碳棒進行楊氏模量的檢測，這是一個非常重要的力學參量[1-5]。以往沒有進行過此類實驗，只是按常規(guī)做些驗證性的實驗。為此，我利用CCD傳感器技術，在原有儀器的基礎上進行了針對性實驗[6-7]。

圖1　原理圖

1儀器

米尺；自動讀數(shù)螺旋測微器； CCD(工業(yè)照相機 P2V DEF CC 512×512P CC760×574，端口號 “port3”，分辨率：1024×768 三百萬像素)；TH-1型拉伸法楊氏模量測量儀；電腦；Origin pro 7.5處理軟件

2原理

在垂直的金屬絲上粘貼一標記作為測量參照物—加不同數(shù)量的砝碼-用CCD拍照—用Origin pro 7.5處理軟件分析照片—求出每次的變化量—代公式求出Y。

直的金屬絲上粘貼一標記作為測量參照物。

3測量與數(shù)據(jù)

表1　金屬絲的長度與直徑

圖2　標記的位置所對應的像素數(shù)

次數(shù)12345678質量(kg)12345678標記位像素(加量)397.6400.3402.9405.2407.3409.8412.1414.4標記位像素(減量)397.4400.1402.9405.2407.7409.8412.1414.4平均值(d)397.5400.2402.9405.2407.5409.8412.1414.4

表3　每次增加2個砝碼

表4　每次增加4個砝碼

表5　一次增加8個砝碼

4數(shù)據(jù)處理

1)測量像素點線度

由于利用CCD拍攝的圖像是同等的放大或縮小，所以可以利用測量的金屬絲直徑與Origin測得的直徑像素點計算每個像素點長度：a=D/K

式中D為金屬絲直徑，K為直徑像素點，測量結果如圖3、4所示：

圖3　金屬絲左邊緣像素點坐標

圖4　金屬絲右邊緣像素點坐標

計算可得：K=505.0-491.2=13.8a=D/K=5.376×10-5m(每個像素點線度)

2)利用逐差法處理數(shù)據(jù)

實驗①Δd=9.5 實驗②Δd=4.77

實驗③Δd=10.0實驗④Δd=17.8

3)計算金屬絲的楊氏模量

以測量實驗①為例，將測量數(shù)據(jù)代入公式，得：

同理實驗②:

同理實驗③：

同理實驗④：

5結論

從以上四種結果可以發(fā)現(xiàn)，加力越快則比值(F/ΔL)就越小，Y值也就越小，誤差越大。關于這種變化的原因，供同行們共同探討。

參考文獻：

[1]周曉明.三種楊氏模量測量方法比較[J].廣州：實驗科學與技術， 2011(12).

[2]鄒軼.近距離高精度超聲波測距系統(tǒng)的設計[碩士學位論文].遼寧：大連理工大學， 2009(12).

[3]吳明陽，朱祥.動態(tài)法測金屬楊氏模量的理論研究.大學物理，2009，28(3)：29-32.

[4]潘人培，趙平華.懸絲耦合彎曲振動法測定金屬材料楊氏模量[J].物理實驗，2000，20(9)：5-9.

[5]游海洋，趙在忠，陸申龍.霍爾位置傳感器測量固體材料的測楊氏模量[J].物理實驗，2000，20(8)：47-48.

[6]馮隆林，李志坤.楊氏模量實驗望遠鏡細節(jié)方法研究[J].大學物理實驗，2014(5)：31-38.

[7]錢麗波.拉伸法測金屬楊氏模量的智能化設計[J].大學物理實驗，2015(1)：5-6.

How to Strength the Influence of Young's Modulus of Wire

ZHOU Jun

(Lanzhou Jiaotong University,Gansu Lanzhou 730070)

Abstract：It based on the traditional stretching method was used to measure young's modulus of steel wire experiment,using CCD sensor technology and Origin pro 7.5 image processing software,four kinds of strength experiment in the form of the young's modulus of different,the changing rule of the obtained preliminary,the faster and stronger,the smaller the young's modulus,the reason for the colleague to discuss.

Key words：Young's modulus；the CCD sensor；Origin pro 7.5

中圖分類號：O 4-33

文獻標志碼：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.016

文章編號：1007-2934(2016)01-0063-04

收稿日期：2015-07-07