用拉伸法测杨氏模量的实验原理主要基于胡克定律,即应力与应变成正比的关系。实验过程包括准备实验装置、施加拉伸力、测量伸长量、计算应变、绘制拉力-伸长量曲线以及计算杨氏模量等步骤。
首先,需要准备一个拉伸装置,包括两个夹具,一个固定物体的一端,另一个施加拉力。物体通常是直径均匀的长条状物体,如金属棒或弹簧。然后,通过拉伸装置施加一个逐渐增加的拉伸力,可以使用挂重物的系统来实现。
在施加拉伸力的过程中,使用一个测量仪器(如测量游标卡尺或位移传感器)来测量物体的伸长量。伸长量可以通过测量装置上的游标或感应器的位置变化来确定。接下来,计算应变,即单位长度的伸长量,通过将伸长量除以物体的初始长度得出。
将测得的拉力和相应的伸长量绘制成图表,拉力通常绘制在y轴上,伸长量绘制在x轴上。最后,利用胡克定律的公式,将施加的拉伸力除以伸长量,得到物体的杨氏模量。杨氏模量表示材料在弹性范围内应力与应变之比,是材料力学性质的重要参数。
需要注意的是,实验中的关键在于精确测量伸长量,因为这是一个微小量,不容易直接测量。因此,在实验过程中需要仔细操作,确保测量结果的准确性。
通过拉伸法测杨氏模量的实验,可以了解材料在受到外力作用时的弹性性质,为材料科学和工程应用提供重要的参考数据。