42223

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕКЛЕ

Лабораторная работа

Физика

Эти лучи вследствие различия в показателях преломления распространяются в образце с разной скоростью что приводит к возникновению между ними разности хода. Используя компенсационную пластинку создающую между лучами дополнительную разность хода  4 на выходе из неё получают линейно поляризованный свет. Основной причиной разности хода являются термоупругие напряжения образующиеся на заключительных этапах производства стекла. Исследованиями установлено что если в образце имеет место напряженное состояние в пределах упругости...

Русский

2013-10-27

100 KB

27 чел.

- 6 -

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ В СТЕКЛЕ

Цель работы - изучение поляризационно - оптического метода на-хождения величины напряжений в контролируемом образце и определение категории стекла по двойному лучепреломлению.

Поляризационно - оптический метод применяют при аттестации оп-тического бесцветного или цветного стекла для измерения в образцах или заготовках величины двойного лучепреломления.

Сущность его основана на использовании свойств поляризованного света. Для реализации метода в соответствии с ГОСТом 3519 - 69 использу-ют обычный поляриметр, состоящий из расположенных последовательно источника света, поляризатора, компенсатора и поворачивающихся вокруг оптической оси анализатора.

Свет, проходя от источника через поляризатор, приобретает линей-ную поляризацию, а затем в анизотропном образце становится эллипти-чески поляризованным. Такой свет обычно представляют двумя компонен-тами, которые называются обыкновенным и необыкновенным лучами. Эти лучи (вследствие различия в показателях преломления) распространяются в образце с разной скоростью, что приводит к возникновению между ними разности хода . Используя компенсационную пластинку, создающую между лучами дополнительную разность хода /4, на выходе из неё получа-ют линейно - поляризованный свет. С помощью анализатора, вращая его вокруг оптической оси прибора, определяют угол поворота плоскости поля-ризации.

Основной причиной разности хода являются термоупругие напряже-ния, образующиеся на заключительных этапах производства стекла. Эти напряжения приводят к появлению анизотропии материала и изменению состояния поляризованного света, поэтому данный метод широко исполь-зуют для анализа напряженного состояния заготовок стекла, различных из-делий или моделей конструкций при решении специальных задач в теории упругости. При этом по вычисленной величине определяют значение раз-ности главных нормальных напряжений 1 - 2.

Напомним, что главными нормальными напряжениями 1 и 2 назы-вают соответственно наибольшее и наименьшее напряжения, действующие по взаимно перпендикулярным направлениям элементарной площадки.

Исследованиями установлено, что если в образце имеет место напря-женное состояние в пределах упругости материала (выполняется закон Гука), то возникающая анизотропия, характеризуемая разностью хода , определяется выражением:

= В l 12 [нм], (1)

где В - коэффициент оптической активности, характеризующий чувствительность материала к механическим напряжениям; l - размер испытуемого образца в направлении распространения поляризованного света.

12  [Па]. (2)

Известно, что остаточные напряжения, деформируя поверхности, влияют на точность формообразования, изменяют оптические характерис-тики и вызывают двоение изображения.

Конструкция прибора ПКС - 125. Полярископ - поляриметр ПКС –

125 (рис.1) используют для  интегральной оценки разности хода , обуслов-ленной наличием в стекле остаточных напряжений. Прибор состоит из двух блоков: поляризатора - П с источником света 1, теплофильтром 2, матовым стеклом 3, поляроидом 4; анализатора - А, состоящего из поляроида 8, светофильтра 9, выделяющего область спектра 540 [нм], пластин (компенсатора) 5 или 6, создающих разность хода, соответственно,  и . При введении пластинки разность хода определяют по окрашенности интерференционной картины, а при введении пластинки  по углу поворота анализатора, соответствующего полному гашению света. Угол отсчитывают по шкале лимба

Содержание работы

  1.  Изучить устройство полярископа - поляриметра ПКС-125.
  2.  Определить разность хода на единицу длины /l между обыкно-венным и необыкновенным лучами и установить категорию оптического стекла, характеризуемую по ГОСТ 3514-76 величиной двойного лучепре-ломления.
  3.  Определить величину остаточных напряжений в стекле.

Методические указания и порядок выполнения работы

  1.  Включить осветитель на передней панели прибора (см. рис1).
  2.  Вращая анализатор за кольцо с накаткой, находящееся на окуляре, получить максимальное потемнение поля зрения (скрещенное положение поляризатора и анализатора, компенсатор в положении ноль).
  3.  Поместить на столик прибора испытуемый образец так, чтобы путь света в нем, при нормальном падении на входную грань, был макси-мальным.
  4.  Определить разность хода в испытуемом образце стекла. Для этого в блоке анализатора установить пластинку  и выставить лимб ана-лизатора в нулевое положение. Поместив на столик прибора испытуемый образец в поле зрения окуляра, наблюдают интерференционную картину, вид которой зависит от разности хода , величины и распределения напря-жений, а именно:

- при разности хода более 540 [нм] в поле зрения виден ряд цветных и две нейтральные (черная и серая) полосы;

- при разности хода 540-100 [нм] наблюдается окрашенность поля зрения и две темные полосы;

- при разности хода менее 100 [нм] в середине и по краям образца виден серый фон, разделенный двумя темными полосами.

Величину определяют следующим образом: при > [нм], в поле зрения вводят светофильтр, выделяющий область спектра с длиной волны 540 [нм], и устанавливают порядок интерференции, т.е. подсчитывают число N темных полос между нейтральной полосой и серединой образца. Поворачивая анализатор, добиваются максимального потемнения в середине образца. Сняв отсчет величины угла поворота анализатора, рассчитывают разность хода на всю длину и l - на единицу длины пути (что соответствует двойному лучепреломлению):

[нм/см] (3)

При  [нм] (N=0) разность хода можно измерять как в моно-хроматическом, так и в белом свете. В последнем случае для определения , поворачивая анализатор, совмещают полосы в середине образца. Иногда для повышения точности отсчета угла поворота в поле зрения вводят зеленый светофильтр. По шкале лимба определяют величину угла .

  1.  По величине найденной разности хода на единицу длины l (с учетом коэффициента оптической активности стекла данной марки) уста-новить категорию стекла по двойному лучепреломлению в соответствии с ГОСТом 3514-76 (табл.1).

Таблица 1

Катего-рия

Двойное лучепреломление в нм на 1 см (l), не более, в стеклах с оптическим коэффициентом напряжения 10 -12 [Па]-1

В до 2,0

В от 2,0 до 2,8

В свыше 2,8

1

до 1,5

до 2

до 3

2

4

6

8

3

7

10

13

4

10

15

20

5

25

50

65

  1.  По найденной разности хода определить величину напряжений 12 в образцах стекла.
  2.  Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

образца

Коэфф. опт.активно-сти                            В, 10-12 [Па]-1

Размер l  образца, [см].



град.

Разность хода /l [нм/см].

Категория по двойному лучепреломле-нию

12

[Па]

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

  1.  Краткую теоретическую часть и основные формулы для расчета  12.
  2.  Оптическую схему прибора ПКС-125.
  3.  Таблицу экспериментальных и расчетных данных.
  4.  Выводы по экспериментальным и расчетным данным.

Контрольные вопросы

  1.  Сущность поляризационно-оптического метода исследования напряженного состояния оптических материалов.
  2.  Причины, вызывающие двойное лучепреломление в стекле.
  3.  Влияние напряжений на оптические характеристики деталей и качество оптической системы в целом.
  4.  Полярископ-поляриметр ПКС-125. Его устройство, назначение, основные узлы и их элементы.

Литература

1.Нагибина И.М. Интерференция и дифракция света. - Л.: Машино-строение. - 1974г.

2.Кривовяз Л.М., Знаменская М.А. Практика оптической измери-тельной лаборатории. - Л.: Машиностроение, 1974г.

3.Зубаков В.Г., Семибратов М.Н., Штандель С.К. Технология оптических деталей - М.: Машиностроение, 1985г.

4. Кузнецов C.М., Окатов М.А. Справочник технолога -оптика - Л.: Машиностроение, Ленинградское отд., 1983г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

33197. Характеристика слабослышащих детей 14.71 KB
  Возникновение тугоухости после сформирования речи не ограничивает дальнейшего достаточно интенсивного ее развития не смотря на её недостатки: относительная бедность словарного запаса сочетается с неправильным усвоением и употреблением понятий. Характерные отклонения в устной речи отражаются и на письменной. На степень сохранности речи влияют время наступления глухоты условия развития и роста ребенка уровень остаточного слуха и качество работы по развитию речи ребенка. Без специального воспитания дети потерявшие слух в 45 лет к поступлению...
33198. ПРОБЛЕМА КОМПЕНСАЦИИ ГЛУХОТЫ 14.85 KB
  Компенсация – это возмещение недоразвитых или нарушенных психических функций путем использования сохранных или перестройки частично нарушенных функций. При компенсации психических функций возможно вовлечение в ее реализацию новых структур которые раньше не участвовали в осуществлении данных функций или выполняли при этом другую роль. Второй тип межсистемная компенсация которая осуществляется путем перестройки функциональных систем и включения в работу новых элементов из других структур выполнения ими несвойственных ранее функций....
33199. Закономерности психического развития детей с нарушением слуха 14.53 KB
  Общие закономерности: Закономерность соотношения биологических и социальных факторов в процессе психического развития ребенка. Процесс перехода от одной стадии психического развития к другой предполагает глубокое преобразование всех структурных компонентов психики. Неравномерность психического развития.
33200. МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ СЛУХА 19.41 KB
  Исследование нарушения слуха затруднено тем что: Ребенок не жалуется на отсутствие слуха. Родители не замечают отсутствие слуха и не принимают эффективных мер. Отсутствие унифицированных методов позволяющих получить достоверные сведения о снижении слуха в детском возрасте.
33201. Особенности зрительного восприятия детей с нарушением слуха 14.16 KB
  Особенности зрительного восприятия детей с нарушением слуха. Это связано с менее подробным анализом и синтезом предметов в прошлом опыте с замедленным формированием произвольности процесса восприятия. Для точного восприятия формы предмета важно выделить его контур. Особенности развития осмысленности восприятия отчетливо проявляются при анализе изображений и картин.
33202. Особенности двигательных ощущений. Осязание глухих и слабослышащих 15.25 KB
  Многие дети имеющие нарушения слуха отстают от нормально слышащих по развитию движений. На протяжении всего дошкольного возраста сохраняется некоторая неустойчивость трудность сохранения статичного и динамичного равновесия недостаточно точная координация неуверенность движений и относительно низкий уровень развития пространственной ориентировки. У большинства имеется отставание в развитии мелких движений пальцев рук артикуляционного аппарата. Замедленная по сравнению со слышащими скорость выполнения отдельных движений влияет на темп...
33203. Кожные ощущения и восприятия 13.83 KB
  Возникают при непосредственном контакте предмета с кожей подразделяются на 4 вида: тактильные вибрационные температурные и болевые. Наибольшее значение для компенсации слуха имеют вибрационные т. Вибрационные ощущения возникают при воздействии меньшей силы чем слуховые. Для того чтобы вибрационные ощущения смогли использовать как средство познания для детей необходимо проводить специальную работу.
33204. Особенности развития внимания 15.43 KB
  Устойчивость внимания с возрастом меняется. Для детей с нарушениями слуха характерно более позднее становление высшей формы внимания т. произвольного и опосредствованного что обусловлено более поздним формированием умений использовать средства организации внимания управление им а также отставанием в развитии речи способствующей организации и управлению собственным поведением.
33205. Память как хранитель информации 15.52 KB
  Глухие дети раньше познают в объектах специфическое чем особое и общее отмечают несущественные детали в ущерб главным но менее заметным. Значительно больше глухие отстают в запоминании слов обозначающие звуковые явления. Глухие запоминают больше слов обозначающих качество предметов воспринимаемых тактильно. Часто глухие школьники заменяют слова глаголы из области слуховых представлений словами глаголами связанными со зрительной вибрационной и тактильной сферами.