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

35 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

58438. Религия древних греков 67 KB
  Прочитайте или расскажите миф о Геракле стр. Сам же Зевс по греческой мифологии стал править небом и владеть Олимпом горой обиталищем богов гора Олимп находится в Северной Греции; расположенным под землей царством мертвых стал править Аид а Посейдону досталась власть над морями. Задание: прочитайте в учебнике миф о Деметре и ее дочери Персефоне. Какое природное явление отражено в этом мифе стр.
58439. Добрый Пастырь 225 KB
  Пояснить им что как пастух любит и заботится о своих овцах так Иисус любит нас даже знает каждого из нас по имени. Словарная работа: Пастырь пастух овец Ход урока: 1. Мотивация Необходимые материалы: картинка с изображением пастуха и овечки иллюстрации снаряжения пастуха. Вниманию детей предлагаем картинку с изображением пастуха.
58440. Все починається з мами 45.5 KB
  Мета. Удосконалювати навички виразного читання, збагачувати активний словниковий запас; виховувати любов і повагу до матері красою художнього слова.
58441. Повторення теми «Одяг» 32 KB
  Мета. Повторити ЛО теми. Навчати діалогічного мовлення за темою. Практикувати у відповіді на запитання Whose is this? Увести та активізувати присвійні займенники в абсолютному відмінку
58443. Ляльки. Одяг 68 KB
  Take the short dress and colour it blue. Take the big boots and colour them black. Take the small shoes and colour them red. Take the new trousers and colour them grey.
58444. Герої мультфільмів 36 KB
  Jane came to visit Vicky. Look at picture b. What are they doing? Do you know this cartoon? Do you like it? Who are the characters in this cartoon? Do Jane and Vicky like it?icture. This is Sue again. Whats she wearing?
58445. Той ще не музика, хто в дудку дме. А. Григорук Той ще не музика, хто в дудку дме 35 KB
  У яку групу обєднаємо слова останньої групи Музичні інструменти. Як ви їх розумієте Прочитайте слова і вирази правильно наголошуючи один одному напівголосно. Поясніть її слова. Чому він винувато посміхнувся Чи підтримали їхню думку інші члени сімї
58446. Посилення колоніальної політики Російської імперії. Спроби ліквідації гетьманства 75.5 KB
  Спроби ліквідації гетьманства Становище в Україні після Полтавської битви. Заходи щодо економіки Гетьманщини. Україна від гетьманування Івана Скоропадського до Правління гетьманського уряду. Гетьман Іван Скоропадський.