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

26 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

51856. Ми чуємо тебе Кобзарю крізь століття 1.78 MB
  Базилевський: Шевченко – явище унікальне Просторо в цьому імені. Справді як поет Тарас Шевченко починає виступати в різноманітних здавалося б майже взаємно виключаючих поетичних жанрах немовби в різних стильових манерах. Питання для обговорення: як ви вважаєте: звідки черпав наснагу Шевченко чи можна на вашу думку роз’єднати Шевченка і Черкащину Свою відповідь обгрунтуйте. Без волi немає щастя – вважав Шевченко: .
51857. The Miracle Drugs Abroad 57.5 KB
  Ech one is mircle drug in its own right nd I hven’t met n mericn tourist yet who isn’t willing to shre his medicines with less fortunte people who live brod. “I hve just the thing for you†the hostess sid. It doesn’t mke you s sleepy nd you only hve to tke two every four hours. I hve bottle t the hotel nd if you stop by I’ll give you some.
51859. Використання ІКТ на уроках математики у школі II ступеня з метою формування профільних компетенцій 71 KB
  А саме: учні активно беруть участь в процесі навчання навчаються самостійно мислити пропонувати свої бачення прогнозувати та моделювати окремі ситуації. Якщо цей вчитель може надати допомогу учням в їх самостійній діяльності з використанням інформаційнокомунікаційних технологій та вказати їм на можливості їх використання для навчання в тому числі самостійно – його авторитет суттєво підвищується. Якщо вчитель може запропонувати учням доступний їм Інтернет–ресурс який містить предметний навчальний матеріал надто – якщо цей матеріал...