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大学物理论文

来源:未知 编辑:admin 时间:2017-07-13

大学物理 论文

大学物理在生活中的应用

作者: 陈裕发 3112003925

引言

我们每个人时时刻刻都在不自觉地运用物理知识。并且,物理学与我们的生活联系最为紧密,物理现象大量的存在于我们周围,如雨后天晴的彩虹,湖水沸腾等。 都可以从物理知识中得到答案。因此,我们要充分了解物理是源于生活也是解决生活问题的基本工具。运用所学知识,解决生活中的问题,这能够增加我们的感性认识,增强生活实际的联系。

物理学是研究物质世界最基本的结构、最普遍的相互作用、最一般的运动规律及所使用的实验手段和思维方法的自然科学。在现代,物理学已经成为自然科学中最基础的学科之一。

物理是一门实用性很强的科学,与工农业生产、日常生活有着极为密切的联系。物理规律本身就是对自然现象的总结和抽象。它与我们的生活息息相关,密不可分!

关键词:生活物理,物理应用,杨氏模量

正文

在大学物理课程上,我们做了众多物理实验,然而今天就由我来介绍一下弹性模量,和它在生活中的应用。

弹性模量Elastic Modulus,又称弹性系数,杨氏模量。如今,随着科技的不断发展,弹性模量变成了工程材料重要的性能参数,从宏观角度来说,弹性模量是衡量物体抵抗弹性变形能力大小的尺度,从微观角度来说,则是原子、离子或分子之间键合强度的反映。凡影

响键合强度的因素均能影响材料的弹性模量,如键合方式、晶体结构、化学成分、微观组织、温度等。在日常生活中,弹性模量的应用与测量在许多领域有重要的作用,就好像混凝土的弹性模量如果不够,使建筑变形而不能正常使用,就很容易发生事故造成经济损失,甚至人员伤亡。 我们在实验中测得的杨氏模量,它是沿纵向的弹性模量,也是材料力学中的名词。1807年因英国医生兼物理学家托马斯·杨(Thomas Young, 1773-1829) 所得到的结果而命名。根据胡克定律,在物体的弹性限度内,应力与应变成正比,比值被称为材料的杨氏模量,它是表征材料性质的一个物理量,仅取决于材料本身的物理性质。杨氏模量的大小标志了材料的刚性,杨氏模量越大,越不容易发生形变。

杨氏弹性模量是选定机械零件材料的依据之一,是工程技术设计中常用的参数。杨氏模量的测定对研究金属材料、光纤材料、半导体、纳米材料、聚合物、陶瓷、橡胶等各种材料的力学性质有着重要意义,还可用于机械零部件设计、生物力学、地质等领域。

测量杨氏模量的方法一般有拉伸法、梁弯曲法、振动法、内耗法等,还出现了利用光纤位移传感器、莫尔条纹、电涡流传感器和波动传递技术(微波或超声波)等实验技术和方法测量杨氏模量。但是由于我们学校资源有限,只能用拉伸法来测量杨氏模量。

杨氏模量的量纲同压力,在SI单位制中,压力的单位为Pa也就是帕斯卡。但是通常在工程的使用中,因各材料杨氏模量的量值都

十分的大,所以常以百万帕斯卡(MPa)或十亿帕斯卡(GPa

)作为其单位。

(1牛顿每平方毫米为1MPa)

(1千牛顿每平方毫米为1GPa)

杨氏模量测试方法的介绍

一般分为静态法和动态法。

动态法有脉冲激振法、声频共振法、声速法等。

脉冲激振法:通过合适的外力给定试样脉冲激振信号,当激振信号中的某一频率与试样的固有频率相一致时,产生共振,此时振幅最大,延时最长,这个波通过测试探针或测量话筒的传递转换成电讯号送入仪器,测出试样的固有频率,由公式 计算得出杨氏模量E。

特点:国际通用的一种常温测试方法; 信号激发、接收结构简单,测试测试准确、直观。

声频共振法:指有声频发生器发送声频电信号,由换能器转换为振动信号驱动试样,再由换能器接收并转换为电信号,分析此信号与发生器信号在示波器上形成的图形,得出试样的固有频率f,由公式E=C1·w·f得出试样的杨氏模量。

特点: --- 声频发生器、放大器等组成激发器;

--- 换能器接收信号,示波器显示信号;

---李萨如图形判断试样固有频率。 ? ?

缺点:--- 激发器结构复杂,必要时激发器需要与试样表面耦合,

操作不方便;

--- 示波器数据处理及显示单一;

--- 可能存在多个李萨如图形,易误判;

--- 该方法不方便用于高温测试。

声速法:由信号发生器给出超声信号,测试信号在试样中的传播时间,得出该信号在试样中的传播速度ν,由公式E=ρ·ν计算得试样杨氏模量。

特点:---超声波发生器及换能器组成激发系统;

--- 换能器转换信号;

--- 测试超声波在试样两平行面的传播时间差,计算声速。 缺点:--- 激发器结构复杂,必要时激发器需要与试样表面耦合,

操作不方便;

--- 时间差的信号处理点容易引入误差,只能得出近似杨氏模量;

--- 该方法不方便用于高温测试。

静态法

静态法是指在试样上施加一恒定的弯曲应力,测定其弹性弯曲挠度,或是在试样上施加一恒定的拉伸(或压缩)应力,测定其弹性变形量;或根据应力和应变计算弹性模量。

特点:--- 国内采用的方法,国内外耐火行业目前还没制定相应的

标准;

--- 获得材料的真实变形量 应力---应变曲线。

缺点:试样用量大;准确度低;不能重复测定。

这个装置图就是类似我们实

验室用的装置。因为做实验

的时候很多时候存在误差,

所以我们采用逐差法有效地

减小随机误差的影响,也可

以部分地消除仪器的系统误

差,在这个实验中,金属丝

下面吊挂的重物质量是逐次

等量上调的,因此使用逐差

法可以有效利用多次测量的

数据,利用多个数据差的平

均来部分消除误差的影响

杨氏模量的大小取决于材料的组成。举例来说,大部分金属在合金成分不同、热处理在加工过程中的应用,其杨氏模量值会有5%或者更大的波动。正如以下的很多材料的杨氏模量值非常接近。

 



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