12210

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПРОЗРАЧНЫХ ТЕЛАХ МЕТОДОМ ФОТОУПРУГОСТИ

Лабораторная работа

Физика

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ПРОЗРАЧНЫХ ТЕЛАХ МЕТОДОМ ФОТОУПРУГОСТИ Методические указания по выполнению лабораторной работы № 94 по курсу Физика для студентов инженернотехнических специальностей Курск 2010 У...

Русский

2013-04-24

437 KB

10 чел.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЙ В

ПРОЗРАЧНЫХ ТЕЛАХ МЕТОДОМ ФОТОУПРУГОСТИ

Методические  указания по выполнению лабораторной работы

№ 94 по курсу  «Физика» для студентов инженерно-технических

специальностей

Курск 2010

УДК 53

Составители: Л.А. Желанова, А.А. Родионов

Рецензент

Кандидат физико-математических наук, доцент кафедры физики

Т.И. Аксенова

Определение механических напряжений в прозрачных телах методом фотоупругости: методические указания по выполнению лабораторной работы № 94 по курсу «Физика» для студентов инженерно-технических специальностей / Курск, гос. техн. ун-т; сост.: Л.А. Желанова, А.А. Родионов. Курск, 2010. 7 с. Библи-огр.: с.7.

Содержат сведения по изучению строения микроскопа и измерению показателя преломления стекол с помощью микроскопа.

Предназначены        для        студентов        инженерно-технических специальностей дневной и заочной форм обучения.

Текст печатается в авторской редакции

Подписано в печать . Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 3,13. Уч.-изд.л. 3,37. Тираж 100 экз. Заказ. Бесплатно.

Курский государственный технический университет. Издательско-полиграфический центр Курского государственного технического университета. 305040 Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Цель работы: научиться, используя законы наведенной оптической анизотропии рассчитывать механические напряжения и их распределение в прозрачных телах.

Оборудование: полярископ,  набор образцов из плексиглаза.

Введение

Оптический метод исследования напряжений основан на явлении интерференции поляризованных лучей. Сущность его заключается в том, что некоторые изотропные прозрачные вещества (стекло, целлулоид, плексиглаз) под действием механических напряжений становятся анизотропными, т.е. приобретают свойства двупреломляющих кристаллов.  Схема для изучения такой искусственной анизотропии изображена на рис.1.

 Рис.1

Здесь S - источник света; П – поляризатор;

А – анализатор; T - тело, деформируемое силой F;

ОП ОП`  - главное направление поляризатора; ОА ОА` - главное направление анализатора.

Экспериментально установлено, что разность показателей преломления обыкновенного и необыкновенного лучей no - ne, возникшая в деформируемом образце является мерой возникшей анизотропии и пропорциональна давлению Р :

no - ne = kP       (1)

где  k  — коэффициент, характеризующий упругие свойства, подвергнутому механическому воздействию, называется константой фотоупругости.

Разность хода, приобретаемая лучами

δ = (no - ne) d     (2)

где d  - толщина образца. Из соотношений (1) и (2) получаем:

δ = kPd       (3)

Соотношение (3) называют законом фотоупругости.

Обыкновенный и необыкновенный лучи, появившиеся в результате механической деформации образца Т, поляризованы во взаимно перпендикулярных плоскостях (1 и 2 , рис.1). Анализатор пропускает только составляющие E1A  и  E2A,  параллельные главному направлению анализатора. Так как обыкновенный и необыкновенный лучи являются когерентными, а анализатор пропускает колебания векторов  и  , совершающиеся в одной плоскости, то вышедшие из анализатора лучи интерферирует. При этом возникает картина в виде цветных полос (при использовании белого света), по характеру которой можно судить о распределении напряжений внутри прозрачного тела. Каждая цветная полоса (изохрома) есть полоса равного напряженного состояния. Оптический метод исследования напряжений находит широкое применение в промышленности для исследования напряжений в сложных конструкциях и из непрозрачного материала. Для этого из прозрачного вещества изготавливает уменьшенную модель изучаемой конструкции и на этой модели исследуют характер и распределение напряжений.

Общую картину распределения напряжений в теле можно составить только для главных напряжений.

Если к образцу приложить усилие в какой-то точке (рис.2), то при постепенном увеличении силы    , мы будем видеть, как в каждой точке интерференционной картины будут последовательно сменяться цвета, а число полос будет увеличиваться. Смену цветов можно объяснить, если учесть соотношение (3) и то, что величина разности хода, удовлетворяющая условию максимума, зависит от

                Рис. 2       длины волны.

Считают, что I зеленый цвет завершает смену цветов одного цикла, второй зеленый - смену цветов второго цикла и т.д. Следовательно, порядок полосы зеленого цвета может быть использован для определения величины напряжения. Напряжение, вызывающее зеленую окраску любого порядка прямо пропорционально второму порядку. Используя шкалу цветов для данного вещества (рис. 3), и определив порядок зеленой полосы изохроматической картины,  можно определить напряжение, соответствующее данной полосе.

 Порядок полосы надо отсчитывать от места с минимальным напряжением.  То место модели, в которон полоса зеленого цвета появится позже (при постепенном увеличении силы , рис. 2) и будет местом с минимальным напряжением.

           Рис. 3

Устройство и принцип действия прибора

В качестве поляризованной установки используется полярископ.  Его оптическая схема представлена на рис.4. Пучок света от источника 1, пройдя конденсор 3, зеркало 4 и поляризатор 5, выходит из последнего плоско-поляризованным. Затем, пройдя кварцевую пластинку 6, линзы 7, листовое стекло 8, свет попадает на образец из прозрачного вещества, помечаемый между матовым стеклом и нанализатором 9. В образце поляризованный свет испытывает двойное лучепреломление.  Плоскости колебаний вектора обыкновенного и необыкновенного лучей взаимно перпендикулярны и сдвинуты по фазе на большую или меньшую величину в зависимости от напряжения и пути луча в образце. Анализатор приводит колебания вектора   обеих лучей в одну плоскость,  в результате  чего   происходит интерференция  

              Рис. 4      лучей. Наблюдатель через анализатор видит картину характерную для того или иного напряжения. Так как разность хода,  даваемая испытуемым образцом невелика, используется кварцевая пластинка 6. Ока увеличивает разность хода обеих лучей. Без кварцевой пластинки чувствительность полярископа ниже и при малых деформациях образца наблюдается только большее или меньшее просветление наблюдаемого поля зрения.

Порядок выполнения работы

1.  Образец I ставят в зажим для сжатия, слегка зажимают и приводят в поле зрения под анализатором.

2.  Включают лампу осветителя нажатием кнопки на столике полярископа.

3.  Вращая зажим с образцом вокруг вертикальной оси, находят положение, при котором получается наиболее яркая картина в поле зрения.

4.  Увеличивая сжатие,  наблюдают за изменением картины полос. При появлении 3-й зеленой полосы прекращают увеличение сжатия.

5.  Определяют порядок зеленой полосы и напряжение, соответствующее каждой зеленой полосе  (по шкале цветов).

6.  Зарисовывают интерференционную (изохроматическую) картину цветными карандашами.

7.  Ставят в зажим образцы 2, затем 3 и, наблюдая изохромы, повторяют пункты 3, 4, 5 и 6.

Контрольные вопросы:

  1.  Двойное лучепреломление.
  2.  Поляризация света. Поляризатор и анализатор.
  3.  Искусственная анизотропия.
  4.  Интерференция поляризованных лучей.
  5.  Закон фотоупругости и его использование для изучения механических напряжений.
  6.  Устройство и принцип действия полярископа.

Библиографический список

1. Савельев И. В. Курс физики [Текст] : учебное пособие : в 3 т. Т. 2 : Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика / И. В. Савельев. - 3-е изд., стер. - СПб. : Лань, 2007. - 480 с.;

2. Трофимова Т. И. Курс физики [Текст] : учебное пособие / Т. И. Трофимова. - 7-е изд., стер. - М. : Высшая школа, 2003. – 542


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

58544. Організація навчання математики у початкових класах 239.5 KB
  Цій роботі відводять більшу частину уроку при цьому інші частини уроку також підпорядковані вивченню нового. Структура згаданого типу уроку може бути така: 1. Завдання до дому; Послідовність структури елементів може бути і іншою але основна частина уроку присвячена вивченню нового матеріалу. Структура цього уроку схожа на структуру уроку закріплення знань.
58545. Закрепление сложения и вычитания связанных с нумерацией чисел прямой угол. Задачи на нахождение третьего неизвестного слагаемого 60.5 KB
  Пропишем цифры 1 и 3 Какие числа можно составить из этих цифр 13 и 31 Сколько десятков в числе 13 один А единиц три сколько всего единиц тринадцать сколько десятков в числе 31 три а единиц одна Сколько всего едиництридцать одна Это чётные или не четные числа не чётные Открываем тетради....
58546. Числа от 20 до 100 79 KB
  Цели урока. Закрепить навык счета в пределах 100, формировать вычислительные навыки, упражняться в решении простых задач, в нахождении периметра геометрических фигур, в решении логических задач; воспитывать чувство взаимопомощи; развивать интерес к математике...
58547. Урок - основная форма организации обучения математики 64 KB
  Поэтому это влияет на построение урока математики и методики его проведения. Специфика уроков математики обуславливается особенностями освоения детьми материала: абстрактный характер материала требует тщательного отбора наглядных средств методов...
58549. Повторення усного віднімання двоцифрових чисел без переходу через десяток. Закріплення письмового додавання і віднімання 62 KB
  Мотивація навчальної діяльності Була у діда внучка дуже велика чомучка. Куди лізе комашка А як росте ромашка Куди заходить сонце Хто заглянув у віконце І ось одного разу коли Чомучка дуже надокучила діду своїми запитаннями він не витримав...
58550. Випадки додавання і віднімання, пов’язані з нумерацією чисел. Кути многокутника. Творча робота над задачею 35 KB
  Мета: Пригадати з учнями з прийомами додавання і віднімання, пов’язаними зі знанням нумерації чисел в межах 100; поглибити знання про многокутники; формування уміння творчо працювати над задачею; розвивати кмітливість.
58551. Умножение и деления на 2 36.5 KB
  Задачи: Закрепление действия умножения и деления на 2. Выбирать действие умножения для решения задач. Развивать навыки устного счёта, умение рассуждать, познавательный интерес. Воспитывать умение сотрудничать, работая в паре с соседом.
58552. Урок математики і вимоги до нього 92 KB
  Підготовка вчителя до уроку вибір методів засобів і форм організації діяльності учнів. Особливості уроку математики в початковій школі Основною формою організації навчальної роботи з математики як і з інших предметів є урок. Особливості уроку математики обумовлені перш за все особливостями самого навчального предмета.