Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
Bài 1: THÍ NGHIỆM KÉO MẪU THÉP
I. Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi kéo mẫu, từ đó xác định đặc
trưng cơ tính của vật liệu bao gồm:
σ ch
-
Giới hạn chảy
-
Giới hạn bền
-
Độ dãn dài tương đối khi đứt
-
Độ thắt tương đối ψ %
σb
δ%
II. Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần nội lực là lực dọc N z.
Các giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu kéo đúng tâm:
- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với
trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của thanh.
- Giả thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dạng, các thớ dọc không ép lên
nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng
vẫn song song với nhau.
- Dưới tác dụng của lực kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần ứng suất pháp σ Z
- Quan hệ giữa ứng suất và lực: σ Z =
P
(kg/mm2, N/mm2)
F
III. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước
• Đường kính mẫu thép trước khi kéo: d0 = 12 (mm)
• Tiết diện mẫu thép trước khi kéo: F0 =
π .d 0 π (12)2
=
= 113 (mm2)
4
4
2
• Chiều dài mẫu thép trước khi kéo: L0 = 10d0 = 120 (mm)
- Khắc vạch trên mẫu
d0 >
d0
Vạch
trung
V?ch trung
tâmtâm
< d0
d0
L0 = 10d 0 = 10 khoảng chia
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 1
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
PBSơ bộ
2
Sơ bộ
π (12)
σB =
=> PB = 60.
= 6786 (Kg)
F0
4
Sơ bộ
- Dự đoán tải trọng :
- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp với hai đầu kẹp mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm kẹp và kẹp chặt mẫu, kiểm tra kim chỉ lực
IV. Tính toán kết quả:
Pđh = 5760 (Kg); Pch = 5800 (Kg); Pb = 6700 (kg)
P dh 5760
=
= 50 (kg / mm2)
F0
113
P
5800
= ch =
= 51 (kg / mm2)
F0
113
-
Giới hạn đàn hồi: σ dh =
-
Giới hạn chảy: σ ch
-
Giới hạn bền: σ b =
4 khoảng chia đầu
20
P b 6700
=
= 59 (kg / mm2)
F0
113
Các khoảng chia còn lại
30
4 khoảng chia đầu
20
* Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng ∆ L
P
C
6700
D
5800
5700
B
A
O
∆L
* Mẫu đứt nằm trong các khoảng chia còn lại.
Đo được:
• Chiều dài mẫu thép sau khi kéo là: L1 = 155 (mm)
• Đường kính mẫu thép sau khi kéo là: d1 = 8 (mm)
π (d1 )2 π .8 2
=
≈ 50 (mm2)
• Tiết diện mặt cắt sau khi kéo là: F1=
4
4
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 2
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
+ Độ dãn dài tương đối khi bị đứt:
δ% =
L1 − L0
155 − 120
× 100 =
× 100 = 29,17%
L0
120
+ Độ thắt tương đối:
ψ% =
F0 − F1
113 − 50
× 100 =
× 100 = 55,8%
F0
113
V. Nhận xét:
Trên đồ thị
- OA : Giai đoạn đàn hồi, tương quan giữa P và ∆ L là bậc nhất. Lực lớn nhất
trong giai đoạn này là lực tỉ lệ (hay lục đàn hồi)
- AB : Giai đoạn chảy, lực kéo không tăng nhưng biến dạng tăng liên tục. Lực
kéo tương ứng là lực chảy.
- BCD : Giai đoạn củng cố (tái bền), tương quan giữa lực P và ∆ L là đường
cong. Lực lớn nhất là lực bền.
Tiết diện chỗ bị đứt nhỏ hơn so với tiết diện ban đầu (hình thành cổ thắt) do chịu tác
dụng của tải trọng cao nhất Pb, trong kim loại xảy ra biến dạng cục bộ. Lúc đó tuy tải
trọng tác dụng giảm đi mà biến dạng vẫn tăng, kim loại ở chổ biến dạng cục bộ bị đứt
và đi đến phá hủy ở điểm D (như trên đồ thị).
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 3
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
Bài 2: THÍ NGHIỆM NÉN MẪU GANG
I. Mục đích thí nghiệm:
Tìm sự liên hệ giữa lực và biến dạng của vật liệu khi nén mẫu, từ đó xác định đặc
trưng cơ tính của vật liệu:
- Giới hạn bền
σ b đối với gang.
II. Cơ sở lý thuyết:
Thanh chịu kéo hay nén đúng tâm là thanh mà trên mọi mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần nội lực là lực dọc N z.
Các giả thuyết làm cơ sở cho thanh chịu nén đúng tâm:
- Giả thuyết mặt cắt ngang: Mặt cắt ngang ban đầu là phẳng và thẳng góc với
trục của thanh thì sau khi biến dạng vẫn phẳng và thẳng góc với trục của thanh.
- Giả thuyết về các thớ dọc: Trong quá trình biến dạng, các thớ dọc không ép lên
nhau, cũng không đẩy nhau, các thớ dọc của thanh trước và sau khi biến dạng
vẫn song song với nhau.
- Dưới tác dụng của lực kéo hay nén đúng tâm, trên mặt cắt ngang chỉ có một
thành phần ứng suất pháp σ Z
- Quan hệ giữa ứng suất và lực: σ Z =
P
(kg/mm2, N/mm2)
F
III. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo kích thước
• Đường kính mẫu gang trước khi nén: d0 = 20 (mm)
• Tiết diện mặt cắt ngang của mẫu gang trước khi nén:
F0 =
π .d 02 π (20)2
=
= 314 (mm2)
4
4
• Chiếu cao mẫu gang trước khi nén: h = 35 (mm)
- Dự đoán tải trọng thích hợp
Sơ bộ
Sơ bộ B
B
0
σ =
P
F
h
Sơ bộ
=> PB
= 110 × 314 = 34540 (Kg)
- Điều chỉnh cấp tải trọng, điều chỉnh kim đồng hồ về 0
- Điều chỉnh hai ngàm kẹp của máy kéo – nén thích hợp
với chiều cao của mẫu
- Đặt mẫu vào ngàm nén, chú ý đặt mẫu sao cho nén được
đúng tâm, kiểm tra kim chỉ lực.
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
d0
Mẫu thí nghiệm
Trang 4
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
IV. Tính toán kết quả:
Sau khi tiến hành thí nghiệm ta có PB = 26600 (kg), giới hạn bền của gang khi nén là:
σB =
PB 26600
=
≈ 85(kg/mm2)
F0
314
* Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa lực P và biến dạng ∆ L
P
26600
O
∆L
V. Nhận xét:
* Đối với vật liệu dòn (gang) không có bất kì biến dạng dẻo nào, ngoài thể hiện biến
dạng đàn hồi. Một đặc trưng của phá hủy dòn là 2 mặt vỡ có thể ghép lại với nhau để
khôi phục nguyên dạng vật liệu ban đầu. Đường cong ứng suất biến dạng đối với vật
liệu dòn có dạng tuyến tính.Thử cơ tính đối với nhiều mẫu như nhau sẽ có nhiều kết
quả ứng suất phá hủy khác nhau.
Độ bền kéo rất nhỏ so với độ bền nén và nó thường được cho là bằng 0 đối với nhiều
ứng dụng. Có thể giải thích là do Hệ số cường độ ứng suất gắn với các khuyết tật
trong vật liệu.
* Khi P đạt đến giá trị PB thì mẫu bị phá vỡ, do trên bề mặt tiếp xúc giữa mẫu và bàn
nén không có bôi trơn nên vết nứt nghiêng một góc 45 0 so với phương của trục. Tiết
điện mặt cắt bị phá hỏng trong thí nghiệm trên là một hình elíp.
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 5
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
Bài 3: XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HỒI TRƯỢT G
I. Mục đích thí nghiệm:
Nhằm xác định môđun đàn hồi trượt G của thép và đồng, kiểm nghiệm định luật
Hooke.
II. Cơ sở lý thuyết:
Khi xoắn thuần túy thanh mằt cắt ngang hình tròn, góc xoắn tương đối giữa hai mặt
cắt ngang A và B cách nhau một đoạn LAB là:
ϕ AB =
M Z .LAB
G.J P
G=
→
M Z .LAB
ϕ AB .J P
Trong đó: MZ : mômen xoắn.
JP : mômen quán tính độc cực của mặt cắt ngang.
AB
Nếu xác định được MZ, JP, LAB và đo được ϕ thì có thể suy ra môđun đàn hồi
trượt G.
III. Chuẩn bị thí nghiệm:
1. Quả cân.
2. Thanh treo quả cân.
3. Ổ lăn.
4. Đồng hồ so.
5. Thanh ngang.
6. Dầm.
7. Ngàm.
7
LAB
B
6
B’
A
3
a
A’
5
4
b
2
1
P
Mô hình thí nghiệm
- Đo các kích thước:
• Đường kính mẫu d = 26 (mm)
• Khoảng cách LAB = 129,5 (mm); a = 169 (mm); b = 350 (mm).
π .d 4 π .264
JP =
=
≈ 44864
32
32
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 6
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
- Đặt các chuyển vị kế tựa vào thanh ngang.
- Bảng ghi kết quả thí nghiệm:
Lần
Số đọc trên chuyển vị kế
Tải trọng
đặt
rAi’
rBi’
Pi (Kg)
tải
Thép
Đồng
Thép
Đồng
thứ i
1
0,5
0,03
0,08
0,02
0,04
2
1
0,07
0,15
0,04
0,08
3
1,5
0,10
0,24
0,07
0,13
4
2
0,14
0,31
0,09
0,17
rAi’- rBi’
Thép
Đồng
0,01
0,03
0,03
0,05
0,04
0,07
0,11
0,14
IV. Tính toán kết quả:
Ta có:
Gi =
M Z .LAB Pi .b.LAB 32
Pi .a.b.LAB 32
=
.
=
.
AB
AB
π .d 4 ∆Ai' − ∆Bi' π .d 4
ϕi . J P
ϕi
- Ứng với mỗi tải trọng Pi suy ra:
Môđun
đàn hồi
Gi
G1
G2
G3
G4
-
Tải trọng Pi
(Kg)
Thép
Đồng
0,5
1
1,5
8536,9
5691,3
8536,9
2134,2
2439,1
2328,3
2
6829,5
2439,1
Vậy môđun đàn hồi trượt G của thép là:
4
G thép =
-
∑G
i
i =1
= 7398,7 (Kg/mm2)
4
Vậy môđun đàn hồi trượt G của đồng là:
4
G đồng
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
=
∑G
i =1
4
i
= 2335,2 (Kg/mm2)
Trang 7
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
V. Nhận xét:
- Trên mặt cắt ngang của thanh chịu xoắn thuần túy chỉ tồn tại ứng suất tiếp theo
phương vuông góc bán kính, gọi là τ ρ và phân tố đang xét ở trạng thái trượt
thuần túy.Áp dụng định luật Hooke, ta có:
τ ρ = G.γ
Trong đó: γ là góc trượt của phân tố
+ Khi tăng tải trọng P thì chuyển vị cũng tăng theo. Tải trọng càng lớn thì
chuyển vị càng lớn.
+ Số đo chuyển vị tăng dần khi tải trọng tăng nhưng chuyển vị tại A lớn hơn
chuyển vị tại B khi có cùng số gia tải trọng.
E
- Công thức: G =
2(1 + µ )
- Sai số =
Keát quaû lyù thuyeát - Keát quaû thöïc nghieäm
Keát quaû lyù thuyeát
.100%
+ Đối với đồng: E = 1,2.104 (KN/cm2) = 1,2.10 4 (kg/mm 2); µ = 0,32
G đồng =
1,2.10 4
≈ 4545,5 (kg/mm2)
2.(1 + 0,32)
4545,5 − 2335,2
.100% ≈ 48,6%
4545,5
+ Đối với thép: E = 2.10 4 (KN/cm2) = 2.104 (kg/mm2), µ = 0,3. Suy ra:
Sai số: rG đồng =
G thép =
2.10 4
≈ 7692,3 (kg/mm 2)
2.(1 + 0,3)
Sai số: rGthép =
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
7692,3 − 7398,7
7692,3
.100% ≈ 3,8%
Trang 8
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
Bài 4: XÁC ĐỊNH MÔĐUN ĐÀN HỒI E CỦA VẬT LIỆU VÀ
GÓC XOAY TRONG DẦM CHỊU UỐN NGANG PHẲNG
I. Mục đích thí nghiệm:
Xác định môđun đàn hồi E của thép và đồng, thông qua đó kiểm nghiệm định
luật Hooke.
II. Cơ sở lý thuyết:
- Xét dầm
P
θB
A
yA
yC
C
B
yB
LC
LB
LA
- Tính chuyển vị tại A:
+ Trạng thái M
• Xét đoạn AB: 0 ≤ z ≤ LA – LB
Ta có: ∑mo = 0 → Mx = 0
A
O
z
P
• Xét đoạn BD: 0 ≤ z ≤ LB
Ta có: ∑mo = 0 → Mx = - P.z
Mx
B
A
Mx
O
z
+ Trạng thái K:
PK = 1
• Xét đoạn AB: 0 ≤ z ≤ LA – LB
Ta có: ∑mo = 0 → Mx = - z
• Xét đoạn BD: 0 ≤ z ≤ LB
Ta có: ∑mo = 0 → Mx = - (LA – LB + z)
O
A
M Kx
z
PK = 1
A
B
M Kx
O
z
1
→ Chuyển vị tại A: y A =
EJ x
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
LB
∫ P.z.(L A − L B + z).dz =
0
PL3B PL2B (L A − L B )
+
3EJ x
2EJ x
Trang 9
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
- Chứng minh tương tự như trên ta cũng suy ra được chuyển vị tại B và C
sẽ là:
P.L3B
yB =
3.E.J x
P.L3C
P.L2C .( LB − LC )
yC =
+
3.E.J x
2.E.J x
- Dưới tác dụng của tải trọng P nằm trong mặt phẳng quán tính chính
trung tâm, dầm sẽ chịu uốn ngang phẳng.
- Dùng chuyển vị kế đo trực tiếp các chuyển vị trên, các đại lượng LB, LC,
LA, J, P đều được xác định dẫn đến kết quả cần tìm sẽ là:
P.L3B
E=
3. y B .J x
P.L3B
P.L2B .( LA − LB )
+
3. y A .J x
2. y A .J x
hoặc
E=
hoặc
P.L3C
P.L2C .( LB − LC )
+
E=
3. yC .J x
2. yC .J x
- Vì đường đàn hồi của dầm AB là bậc nhất nên có thể xác định góc xoay
của mặt cắt ngang tại B thông qua chuyển vị:
y − yB
θ= A
LA − LB
III. Chuẩn bị thí nghiệm:
1. Đồng hồ so.
LA
2. Quả cân.
LB
4
3. Thanh ngang (đồng hoặc thép)
4. Ngàm.
3
b
h
P
2
1
Mô hình thí nghiệm
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 10
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
- Đo các kích thước b = 24 (mm), h = 12 (mm),
LA = 425 (mm), LB = 335 (mm).
b.h 3
24 x12 3
- Mômen quán tính: J =
=
= 3456 (mm 4)
12
12
- Gá các chuyển vị kế, móc treo quả cân vào đúng vị trí thích hợp.
IV. Tính toán kết quả:
- Bảng ghi kết quả thí nghiệm:
Trị số chuyển vị (mm)
Lần đặt
Tải trọng Pi
yAi
tải thứ i
(kg)
Đồng
Thép
1
0,5
0,25
0,12
2
3
4
1,0
1,5
2,0
0,52
0,81
1,12
Môđun đàn hồi Ei
(kg/mm2)
0,25
0,38
0,51
Đồng
10174,7
Thép
21197,3
9783,4
9421,1
9084,6
20349,4
20081,7
19950,4
- Ứng với mỗi lần tải thứ i, áp dụng công thức :
Pi .L3B
Pi .L2B .(LA − LB )
Ei =
+
ta tính được Ei tương ứng.
3. y A i .J x
2. y A i .J x
- Môđun đàn hồi cần đo là:
n
+ Đối với đồng: Etrung bình =
∑E
i =1
4
∑E
i
=
n
n
+ Đối với thép: Etrung bình =
-
∑E
i =1
n
i =1
i
≈ 9615,95 (kg/mm2)
4
4
∑E
i
=
i =1
i
4
≈ 20394,7 (kg/mm2)
Khi tính được các Ei tương ứng, từ công thức y Bi =
Pi .L3Bi
ta tính được
3.Ei .J x
các yBi tương úng là:
Lần
đặt tải
thứ i
1
2
3
4
Tải
trọng
Pi
(kg)
0,5
1
1,5
2
Đồng
Thép
Ei
yBi (mm)
Ei
yBi (mm)
10174,7
9783,4
9421,1
9084,6
0,18
0,37
0,58
0,80
21197,3
20349,4
20081,7
19950,4
0,09
0,18
0,27
0,36
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 11
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
- Tương tự ứng với mỗi lần tải thứ i ta cũng tính được góc xoay θBi tương
ứng:
θ Bi =
y Ai − yBi
LAi − LBi
0,5
1
1,5
yAi
0,25
0,52
0,81
Đồng
yBi
0,18
0,37
0,58
θBi
0,78.10-3
1,67.10-3
2,56.10-3
2
1,12
0,80
3.56.10-3
Tải trọng Pi
(kg)
yAi
0,12
0,25
0,38
Thép
yBi
0,09
0,18
0,27
θBi
0,33.10 -3
0,78.10 -3
1,22.10 -3
0,51
0,36
1,67.10 -3
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa chuyển vị thẳng và góc xoay theo tải
trọng P
+ Đối với đồng:
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa chuyển vị thẳng theo tải trọng P
2.5
2
P
1.5
1
0.5
0
0.25
0.52
0.81
1.12
YYBi
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa góc xoay theo tải trọng P
2.5
2
P
1.5
1
0.5
0
0.00078
0.00167
0.00256
0.00356
B
θB
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 12
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
+ Đối với thép:
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa chuyển vị thẳng theo tải trọng P
2.5
2
P
1.5
1
0.5
0
0.12
0.25
0.38
0.51
YYBi
Đồ thị biểu diễn sự liên hệ giữa góc xoay theo tải trọng P
2.5
2
P
1.5
1
0.5
0
0.00033
0.00078
0.00122
0.00167
B
θB
V. Nhận xét:
- Khi số gia tải trọng ∆ P không đổi, ta thấy ∆ yA cũng không đổi, theo kết quả đo
được thì sai lệch không đáng kể, coi như ∆ yA không đổi.
- Sai số giữa kết quả thí nghiệm với kết quả theo lý thuyết.
Sai số =
Keát quaû lyù thuyeát - Keát quaû thöïc nghieäm
+ Đối với đồng:
Kết quả lý thuyết :
Kết quả thí nghiệm :
Sai số:
Keát quaû lyù thuyeát
Eđồng lt = 1,2.104 (kg/mm2)
Eđồng tn = 9615,95 (kg/mm2)
rEđồng =
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
.100%
1,2.10 4 − 9615,95
1,2.10 4
x100% ≈ 19,87 %
Trang 13
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
+ Đối với thép:
Kết quả lý thuyết :
Kết quả thí nghiệm :
Sai số:
Ethép lt = 2.104 (kg/mm2)
Ethép tn = 20394,7 (kg/mm2)
rEthép =
2.10 4 − 20394,7
2.10 4
x100% ≈ 1,97 %
- Nguyên nhân gây ra sai số có thể là do sai số dụng cụ đo, do người tiến hành thí
nghiệm, trong lúc tính toán, đo đạc…
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 14
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Bài 5: XÁC ĐỊNH MÔMEN QUÁN TÍNH
I. Mục đích thí nghiệm:
- Xác định mômen quán tính của vật thể chuyển động song phẳng.
- So sánh kết quả xác định bằng thực nghiệm với kết quả tính toán theo lý
thuyết.
II. Cơ sở lý thuyết:
- Con lăn có khối lượng m được xem là một vật rắn, lăn không trượt trên mặt
phẳng nghiêng góc α dưới ảnh hưởng của Mômen quán tính Jc.
- Phương trình chuyểng động của con lăn theo lý thuyết (Áp dụng định lý biến
thiên động năng):
1
sin α
x = .g.
.t 2
J
2
1+ C 2
m.R
g . sin α .t 2
− 1.m.R 2
2.x
→ J C =
Trong đó:
+ g : Gia tốc trọng trường, g = 9,81 m/s2.
+ x : Quãng đường con lăn đi được, x = 1- d.
+ m : Khối lượng con lăn (Kg).
+ R : Bán kính con lăn.
III. Chuẩn bị thí nghiệm:
- Đo các kích thước của con lăn.
Bánh nhôm
Đệm đồng
Con lăn thép
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Bánh nhôm
Đệm thép
Con lăn đồng
Trang 15
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
- Điều chỉnh đồng hồ bấm giây.
- Bảng số liệu:
Lần
Thời gian đo được (giây)
Góc
đo Chiều
Con lăn
Con lăn
nghiêng
thứ cao hk
Nhôm –
Nhôm –
α k (độ)
i
thép
đồng
1
2
3
1
2
3
1
2
3
53
68
83
Mômen quán tính (kg.m2)
2,87
9,30
8,89
10,68
10,91
Con lăn
Nhôm –
thép
4,14.10-3
3,76.10-3
3,68
9,20
8,39
8,43
11,16
8,16
8,41
4,04.10-3
4,32.10-3
4,37.10-3
6,06.10 -3
4,08.10 -3
4,35.10 -3
8,39
7,81
7,87
7,80
8,22
7,28
7,10
7,75
4,32.10-3
4,59.10-3
4,67.10-3
4,58.10-3
4,14.10 -3
3,96.10 -3
3,76.10 -3
4,52.10 -3
4,31.10-3
4,68.10 -3
4,48
ki
J conlan
Mômen quán tính trung bình JTB con lăn = ∑∑
k =1 i =1 3.3
3
Con lăn
Nhôm –
đồng
5,53.10 -3
5,78.10 -3
3
αk
IV. Tính toán kết quả:
a) Xác định bằng thực nghiệm:
* Với góc nghiêng α k được tính bằng công thức: tg α k =
hk
a+l +b
Trong đó a = 16,5 (mm); b = 50 (mm); l = 1000 (mm) ; h0 = 40 (mm)
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 16
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
* Mômen quán tính được tính bằng công thức:
g . sin α .t 2
2
−1 .mtổng.R trục
2 .x
Jc =
Trong đó:
• g = 9,81 m/s2 : gia tốc trọng trường.
• x = l – 2.Rtrục = 1000 – 2.12,5 = 975 (mm) : quãng đường con lăn đi
được. ( do Rtrục đồng = R trục thép = 12,5 mm )
• mtổng = 1,36 (kg) : khối lượng của con lăn.
• Rtrục : bán kính trục đồng (hoặc trục thép) Rtrục đồng = R trục thép = 12,5 mm
b) Xác định theo lý thuyết:
* Với con lăn nhôm – thép:
Jcon lăn = 2.Jnhôm + Jthép + 2.Jđệm đồng
•
•
•
•
•
m = 1,36 (kg) : khối lượng của con lăn.
R1 = 75 (mm) : bán kính của đĩa nhôm
R2 = 10 (mm) : bán kính của phần nhôm bị khoét bỏ đi.
R3 = 12,5 (mm) : bán kính của con lăn thép.
R4 = 15 (mm) : bán kính của đệm lót đồng.
+ Tính J nhôm
Jnhôm =
1
1
.m 1. R12 - .m2. R22
2
2
m1 = V1.γnhôm : khối lượng của 1 đĩa nhôm.
§
V1 = π.752.12,5 = 220893 (mm3) ≈ 22,089.10-3 (dm3)
§
γnhôm = 2,7 (kg/dm3)
→ m 1 ≈ 0,6 (kg)
m2 = V2.γnhôm : khối lượng phần nhôm bị khoét.
§
V2 = π.102.12,5 ≈ 3927 (mm3) ≈ 3,927.10-3 (dm3)
§
γnhôm = 2,7 (kg/dm3)
→ m 2 ≈ 0,01 (kg)
Jnhôm =
1
1
.0,6.(75.10 -3)2 - .0,01.(10.10 -3)2 ≈ 1,7.10-3 (kg.m2)
2
2
+ Tính Jthép
Jthép =
2
2
1
1
.m3. R3 + 2. .m 4. R2
2
2
m3 = V 3. γthép : khối lượng con lăn thép.
§
V3 = π.12,5 2.28 ≈ 13745 (mm3) ≈ 13,745.10-3 (dm3)
§
γthép = 7,8 (kg/dm3)
→ m 3 ≈ 0,11 (kg)
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 17
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
m4 = V 4. γthép : khối lượng thép thêm vào phần nhôm bị khoét và trên
phần đệm lót bị khoét.
§
V4 = π.102.(12,5 + 3,5) ≈ 5027 (mm 3) ≈ 5,027.10-3 (dm3)
§
γthép = 7,8 (kg/dm3)
→ m 4 ≈ 0,04 (kg)
Jthép =
1
1
.0,11.(12,5.10 -3)2 + 2. .0,04.(10.10-3)2 ≈ 0,0126.10-3 (kg.m2)
2
2
+ Tính Jđệm lót đồng
Jđệm lót đồng =
2
1
1
2
.m5. R4 - .m6. R2
2
2
m5 = V 5. γđồng : khối lượng đệm lót đồng.
§
V5 = π.152.3,5 ≈ 2474 (mm3) ≈ 2,474.10-3 (dm3)
§
γđồng = 8,96 (kg/dm3)
→ m 5 ≈ 0,03 (kg)
m6 = V 6. γđồng : khối lượng đệm lót đồng bị khoét.
§
V6 = π.102.3,5 ≈ 1100 (mm3) ≈ 1,1.10-3 (dm3)
§
γđồng = 8,96 (kg/dm3)
→ m 6 ≈ 0,0099 (kg)
Jđệm lót đồng =
1
1
.0,03.(15.10-3)2 - .0,0099.(10.10-3)2 ≈ 0,003.10-3 (kg.m2)
2
2
Suy ra:
Jcon lăn nhôm - thép = 2.1,7.10-3 + 0,0126.10 -3 + 2.0,003.10-3 ≈ 3,43.10-3 (kg.m2)
* Với con lăn Nhôm – đồng:
Jcon lăn = 2.Jnhôm + Jđồng + 2.Jđệm thép
•
•
•
•
•
m = 1,36 (kg) : khối lượng của con lăn.
R1 = 75 (mm) : bán kính của đĩa nhôm
R2 = 9 (mm) : bán kính của phần nhôm bị khoét bỏ đi.
R3 = 12,5 (mm) : bán kính của con lăn đồng.
R4 = 15 (mm) : bán kính của đệm lót thép.
+ Tính Jnhôm
Jnhôm =
1
1
.m 1. R12 - .m2. R22
2
2
m1 = V1.γnhôm : khối lượng của 1 đĩa nhôm.
§
V1 = π.752.12,5 = 220893 (mm3) ≈ 22,089.10-3 (dm3)
§
γnhôm = 2,7 (kg/dm3)
→ m 1 ≈ 0,6 (kg)
m2 = V2.γnhôm : khối lượng phần nhôm bị khoét.
§
V2 = π.92.12,5 ≈ 3181 (mm 3) ≈ 3,181.10-3 (dm3)
§
γnhôm = 2,7 (kg/dm3)
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 18
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
→ m2 ≈ 0,009 (kg)
Jnhôm =
1
1
.0,6.(75.10-3)2 - .0,009.(9.10-3)2 ≈ 1,69.10-3 (kg.m2)
2
2
+ Tính Jđồng
Jđồng =
2
1
2
1
.m3. R3 + 2. .m4. R2
2
2
m3 = V 3. γđồng : khối lượng con lăn đồng.
§
V3 = π.12,5 2.28 ≈ 13745 (mm3) ≈ 13,745.10-3 (dm3)
§
γđồng = 8,96 (kg/dm3)
→ m 3 ≈ 0,12 (kg)
m4 = V 4. γđồng : khối lượng đồng thêm vào phần nhôm bị khoét và trên
phần đệm lót bị khoét.
§
V4 = π.92.(12,5 + 3,5) ≈ 4072 (mm3) ≈ 4,072.10-3 (dm3)
§
γđồng = 8,96 (kg/dm3)
→ m 4 ≈ 0,037 (kg)
Jthép =
1
1
.0,12.(12,5.10-3)2 + 2. .0,037.(9.10-3)2 ≈ 0,0124.10-3 (kg.m2)
2
2
+ Tính Jđệm lót thép
Jđệm lót thép =
2
1
1
2
.m5. R4 - .m6. R2
2
2
m5 = V 5. γthép : khối lượng đệm lót thép.
§
V5 = π.152.3,5 ≈ 2474 (mm3) ≈ 2,474.10-3 (dm3)
§
γthép = 7,8 (kg/dm3)
→ m 5 ≈ 0,019 (kg)
m6 = V 6. γthép : khối lượng đệm lót thép bị khoét.
§
V6 = π.92.3,5 ≈ 890,7 (mm 3) ≈ 0,8907.10 -3 (dm3)
§
γthép = 7,8 (kg/dm3)
→ m 6 ≈ 0,007 (kg)
Jđệm lót thép =
1
1
.0,019.(15.10-3)2 - .0,007.(9.10-3)2 ≈ 0,0019.10-3 (kg.m2)
2
2
Suy ra:
Jcon lăn nhôm – đồng = 2.1,69.10-3 + 0,0124.10-3 + 2.0,0019.10-3 ≈ 3,39.10-3 (kg.m2)
V. Nhận xét:
- Ta thấy góc nghiêng α càng lớn thì mômen quán tính càng lớn và ngược lại.
Do đó khi tiến hành thí nghiệm, nếu làm cho góc nghiêng α càng nhỏ thì kết
quả tính được chính xác hơn và khi đó mômen sẽ không phụ thuộc vào góc
nghiêng α do góc nghiêng α nhỏ ta có thể lấy sin α ≈ α .
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 19
Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật TP.HCM
Báo cáo Thí nghiệm Cơ học
- Sai số giữa kết quả đo được và kết quả tính toán lý thuyết.
Sai số =
Keát quaû lyù thuyeát - Keát quaû thöïc nghieäm
Keát quaû lyù thuyeát
.100%
+ Đối với con lăn Nhôm - thép:
Kết quả lý thuyết : Jlt = 3,43.10-3 (kg.m2)
Kết quả thực nghiệm : Jtn = 4,31.10-3 (kg.m2)
→ Sai số : rJnhôm – thép =
3,43.10 −3 − 4,31.10 −3
3,43.10 −3
.100% ≈ 25,6%
+ Đối với con lăn Nhôm – đồng:
Kết quả lý thuyết : Jlt = 3,39.10-3 (kg.m2)
Kết quả thực nghiệm : Jtn = 4,68.10-3 (kg.m2)
→ Sai số : rJnhôm – đồng =
3,39.10 −3 − 4,68.10 −3
3,39.10 −3
.100% ≈ 38,1%
- Nguyên nhân gây ra sai số có thể do dụng cụ đo, do trong khi tính toán, đo đạc.
Phạm Thanh Luân – Phạm Văn Sang
Trang 20
- Xem thêm -