一种测量杨氏弹性模量的实验仪器及方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种力学实验仪器，特指一种测量杨氏弹性模量的实验仪器及方法。
【背景技术】
[0002] 杨氏模量是描述在弹性限度内材料抵抗弹性形变能力的特征参数，与材料的结 构、化学成分及制造方法有关，是工程技术中常用的力学参数。测量材料弹性模量的方法有 很多种，常用的为静态拉伸法，其特点为使用最基本的仪器设备，实验原理简单、直观，易于 理解，但是测量精度较低，实验仪器难W调节。
[0003] 如图7所示，WYMC杨氏模量仪为例，包括支架91、底座92、光杠杆93、望远镜94、 标尺95、上夹头96、下夹头97和破码98,底座92和上夹头96安装在支架91上，光杠杆93 安装在底座92上，底座92上具有一通孔，钢丝穿过通孔，破码98悬挂在钢丝上，标尺95安 装在望远94上，望远镜94朝向光杠杆93的反射镜面。钢丝是由即上夹头96和下夹头97 夹住上下两端，钢丝的两端由于被"夹"住，钢丝被挤压，产生了形变，成为了最细的部分，有 可能会产生"颈缩"的现象，因此相对而言是最"脆弱"的地方。在测量杨氏弹性模量的实 验过程中，常常由于各种疏忽或者操作不当，钢丝绝大多数是在上端断裂的，此外，钢丝连 接在仪器上时，由于标尺无法紧贴着钢丝，长度无法测量精确。
[0004] 因此，本发明人对此做进一步研究，研发出一种测量杨氏弹性模量的实验仪器及 方法，本案由此产生。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种测量杨氏弹性模量的实验仪器，不但结构简单，而且 能够快速有效地精确测量。
[0006] 本发明的又一目的在于还提供了一种测量杨氏弹性模量的方法，具有较高的测量 精度，而且实验仪器易于调节。
[0007] 为解决上述技术问题，本发明的技术解决方案是：
[0008] -种测量杨氏弹性模量的实验仪器，包括支架、光杠杆、望远镜、标尺、待测金属 丝、底座组件和夹套组件；光杠杆、待测金属丝、底座组件和夹套组件均安装在支架上，标尺 安装在望远镜上；光杠杆具有反射镜面，望远镜朝向光杠杆的反射镜面；
[0009] 夹套组件的个数为一组、两组或Ξ组，夹套组件由两个夹套组成，夹套具有可对折 的夹子，夹子上具有容纳待测金属丝的凹槽；两个夹套分别安装在待测金属丝的两端，待测 金属丝的两端具有凸形部，待测金属丝的凸形部外露于夹套外；
[0010] 底座组件由两个底座组成，底座具有Ξ个纵向槽和一个横槽，横槽在纵向槽垂直 方向上并贯穿底座的底部，横槽的两端具有沟槽，夹套通过纵向槽置于底座中并抵靠在底 座的横槽上，待测金属丝穿过沟槽；两个底座镜像对称放置；光杠杆的反射镜面安装在底 座横槽所在的面上。
[0011] 进一步，夹套为方形，底座上的纵向槽为方形，纵向槽的宽度大于夹套的宽度。
[0012] 进一步，待测金属丝为钢丝、铜丝或者铁丝中的一种。
[0013] 进一步，夹子上设有锁扣。
[0014] 一种测量杨氏弹性模量的方法，按照W下步骤进行：
[0015] 步骤一、将长度为以直径为d的待测金属丝的两端置于夹套的凹槽中，扣合夹套， 使得待测金属丝两端的凸形部分别外露于夹套外；
[0016] 步骤二、将夹套通过纵向槽置于底座中并抵靠在底座的横槽，待测金属丝穿过横 槽的沟槽；
[0017] 步骤Ξ、记录下初始的数据：光杠杆的前后足尖垂直距离h，光杠杆反射镜面到标 尺的距离为R，破码的重量为m;
[0018] 步骤四、将破码悬挂于下方的底座，使得待测金属丝伸长，反光镜偏转，加破码m 前后望远镜中标尺的读数差为Δd;
[0019] 步骤五、得出用伸长法测金属丝的杨氏模量E的公式为：
[0020]
[0021] 采用上述方案后，本发明具有W下优点：
[0022] 1.待测金属丝的两端受力处设计成凸形部，运样待测金属丝即使因为受力而产生 形变，也不会是最细端，不会产生"颈缩"现象；
[0023] 2.夹套和待测金属丝既可W组合，也可W分开使用，具有较大的灵活性，当待测金 属丝断裂或者夹套损坏时，容易更换，维护方便，同时，作为套件，管理、移动及收纳都是十 分方便；
[0024] 3.在底座上设置了Ξ个纵向槽和一个横槽，既能让夹套放入底座，同时底座又能 够承受足够的力作用；
[002引 4.在底座上设置了立个纵向槽，可W进行多组合测量，将传统的实验仪器升级成 为综合性、设计研究性的实验仪器；
[0026] 5.本方法操作过程比较简单，而且具有较高的测量精度。
【附图说明】
[0027] 图1是本发明的夹套闭合时的示意图；
[0028] 图2是本发明的夹套扣合时的示意图；
[0029] 图3是本发明的金属丝和夹套使用时的示意图；
[0030] 图4是本发明金属丝的示意图；
[0031] 图5是本发明底座的不意图一；
[0032] 图6是本发明底座的示意图二；
[0033] 图7是现有技术的示意图。
[0034] 夹套 1 夹子 11 锁扣 111 凹槽 12
[003引金属丝2凸形部21
[0036] 底座 3 纵向槽31 横槽 32 沟槽 321
[0037] 支架 91底座 92 光杠杆93 望远镜94
[003引标尺 95上夹头96 下夹头97 破码 98。
【具体实施方式】
[0039] 下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详述。本发明所掲示的是一种测量 杨氏弹性模量的实验仪器，包括支架、光杠杆、望远镜、标尺、待测金属丝2、底座组件和夹套 组件；光杠杆、待测金属丝、底座组件和夹套组件均安装在支架上，标尺安装在望远镜上，光 杠杆具有反射镜面，望远镜朝向光杠杆的反射镜面上。即望远镜与反射镜面位于同一条直 线上，运样，当反射镜面到标尺的距离越大，光反射角度也越大，角度变化大了，就十分容易 观测。
[0040] 如图1、图2和图3所示，夹套组件个数可W为一组、也可W两组或Ξ组；可根据实 际情况配备夹套组件的数量。夹套组件由两个夹套1组成，分别是第一夹套和第二夹套，夹 套1具有可对折的夹子11，夹子11上具有容纳待测金属丝2的凹槽12 ;第一夹套和第二夹 套分别安装在待测金属丝2的两端。
[00川如图4所示，待测金属丝2的两端具有凸形部21，待测金属丝2的凸形部21外露 于夹套1外。待测金属丝2的两端受力处设计成凸形部21，运样当待测金属丝2受外力作 用而产生形变时，也不会是最细端，不会产生"颈缩"现象。本发明的重点是对夹套和金属丝 进行结构上的改进W克服现有技术种种的缺点，不但结构简单，而且能够快速有效地精确 巧慢。夹套和待测金属丝相互独立，既可W组合，也可W分开使用，具有较大的灵活性，当待 测金属丝断裂或者夹套损坏时，更换其中一个即可，维护起来也十分方便，同时，作为套件， 在管理、移动及收纳方面都是十分方便。如图5和图6所示，底座组件由两个底座3组成， 分别是上底座和下底座；底座3具有Ξ个纵向槽31和一个横槽32,横槽32在纵向槽31垂 直方向上并贯穿底座3的底部，横槽32的两端具有沟槽321，夹套1通过纵向