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杨氏弹性模量是材料力学中的重要概念,用于描述材料抗拉伸变形的能力。它定义为应力与应变的比值,其中应力等于作用力除以横截面积,应变等于长度变化量除以原长。杨氏模量的单位是帕斯卡,物理意义是反映材料的刚度特性。
杨氏弹性模量是描述固体材料抵抗形变能力的重要物理量。它定义为应力与应变的比值,即单位横截面积上的拉力与相对伸长量的比值。拉伸法是测量杨氏模量的经典实验方法。
实验装置主要由四个部分组成。钢丝夹具系统用于固定待测钢丝,砝码加载装置提供可控的拉力,光杠杆测量系统将微小的长度变化放大,标尺望远镜用于精确读数。光杠杆是关键部件,它能将钢丝的微小伸长量放大数百倍,使测量变得可行。
实验基于胡克定律,在弹性限度内,拉力与伸长量成正比。对于细长杆件,杨氏模量等于拉力乘以原长,除以截面积乘以伸长量。由于钢丝的伸长量很小,采用光杠杆放大装置,其放大原理是伸长量等于光杠杆臂长乘以标尺读数变化,再除以二倍镜面到标尺的距离。
实验步骤包括测量钢丝直径、调节光杠杆系统、记录初始读数、逐步加载砝码、记录各级载荷下的读数变化。通过绘制载荷与读数变化的关系图,可以验证其线性关系,斜率与杨氏模量成反比。准确的测量和数据处理是获得可靠结果的关键。
实验的主要误差来源包括钢丝直径测量误差、光杠杆系统调节误差、读数视差误差和温度变化引起的系统误差。为获得准确结果,需要注意预加载消除钢丝弹性滞后、保持光杠杆系统稳定、避免超过材料弹性限度,并进行多次测量取平均值。通过合理的实验设计和数据处理,可以有效减小误差,提高测量精度。