快慢加力对金属丝杨氏模量的影响

周　珺

(兰州交通大学，甘肃 兰州　730070)



快慢加力对金属丝杨氏模量的影响

周珺

(兰州交通大学，甘肃 兰州730070)

摘 要：基于传统的用拉伸法测量钢丝的杨氏模量实验，利用CCD传感器技术和Origin pro 7.5图像处理软件，分四种加力方式进行实验，求出不同的杨氏模量，得出了初步的变化规律，加力越快则杨氏模量越小，其原因供同行共同探讨。

关键词：杨氏模量；CCD传感器；Origin pro 7.5

工科院校物理实验，就是要更多的与生产实践相结合。毕业实习时，碳素厂的检测技术人员就提问，快慢加力对金属丝杨氏模量有什么影响。碳素厂要对每个批次的碳棒进行杨氏模量的检测，这是一个非常重要的力学参量[1-5]。以往没有进行过此类实验，只是按常规做些验证性的实验。为此，我利用CCD传感器技术，在原有仪器的基础上进行了针对性实验[6-7]。

图1　原理图

1仪器

米尺；自动读数螺旋测微器； CCD(工业照相机 P2V DEF CC 512×512P CC760×574，端口号 “port3”，分辨率：1024×768 三百万像素)；TH-1型拉伸法杨氏模量测量仪；电脑；Origin pro 7.5处理软件

2原理

在垂直的金属丝上粘贴一标记作为测量参照物—加不同数量的砝码-用CCD拍照—用Origin pro 7.5处理软件分析照片—求出每次的变化量—代公式求出Y。

直的金属丝上粘贴一标记作为测量参照物。

3测量与数据

表1　金属丝的长度与直径

图2　标记的位置所对应的像素数

次数12345678质量(kg)12345678标记位像素(加量)397.6400.3402.9405.2407.3409.8412.1414.4标记位像素(减量)397.4400.1402.9405.2407.7409.8412.1414.4平均值(d)397.5400.2402.9405.2407.5409.8412.1414.4

表3　每次增加2个砝码

表4　每次增加4个砝码

表5　一次增加8个砝码

4数据处理

1)测量像素点线度

由于利用CCD拍摄的图像是同等的放大或缩小，所以可以利用测量的金属丝直径与Origin测得的直径像素点计算每个像素点长度：a=D/K

式中D为金属丝直径，K为直径像素点，测量结果如图3、4所示：

图3　金属丝左边缘像素点坐标

图4　金属丝右边缘像素点坐标

计算可得：K=505.0-491.2=13.8a=D/K=5.376×10-5m(每个像素点线度)

2)利用逐差法处理数据

实验①Δd=9.5 实验②Δd=4.77

实验③Δd=10.0实验④Δd=17.8

3)计算金属丝的杨氏模量

以测量实验①为例，将测量数据代入公式，得：

同理实验②:

同理实验③：

同理实验④：

5结论

从以上四种结果可以发现，加力越快则比值(F/ΔL)就越小，Y值也就越小，误差越大。关于这种变化的原因，供同行们共同探讨。

参考文献：

[1]周晓明.三种杨氏模量测量方法比较[J].广州：实验科学与技术， 2011(12).

[2]邹轶.近距离高精度超声波测距系统的设计[硕士学位论文].辽宁：大连理工大学， 2009(12).

[3]吴明阳，朱祥.动态法测金属杨氏模量的理论研究.大学物理，2009，28(3)：29-32.

[4]潘人培，赵平华.悬丝耦合弯曲振动法测定金属材料杨氏模量[J].物理实验，2000，20(9)：5-9.

[5]游海洋，赵在忠，陆申龙.霍尔位置传感器测量固体材料的测杨氏模量[J].物理实验，2000，20(8)：47-48.

[6]冯隆林，李志坤.杨氏模量实验望远镜细节方法研究[J].大学物理实验，2014(5)：31-38.

[7]钱丽波.拉伸法测金属杨氏模量的智能化设计[J].大学物理实验，2015(1)：5-6.

How to Strength the Influence of Young's Modulus of Wire

ZHOU Jun

(Lanzhou Jiaotong University,Gansu Lanzhou 730070)

Abstract：It based on the traditional stretching method was used to measure young's modulus of steel wire experiment,using CCD sensor technology and Origin pro 7.5 image processing software,four kinds of strength experiment in the form of the young's modulus of different,the changing rule of the obtained preliminary,the faster and stronger,the smaller the young's modulus,the reason for the colleague to discuss.

Key words：Young's modulus；the CCD sensor；Origin pro 7.5

中图分类号：O 4-33

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.016

文章编号：1007-2934(2016)01-0063-04

收稿日期：2015-07-07