金属丝在静态拉伸时滞后现象的观测

赵　英

(湖南大学，湖南 长沙　410082)



金属丝在静态拉伸时滞后现象的观测

赵英

(湖南大学，湖南 长沙410082)

摘 要：在用静态拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量实验中，可以明显观察到弹性滞后现象。本文通过测量数据和弹性特性曲线直观展示了金属丝在静态拉伸时的弹性滞后现象，估算了滞后的大小。

关键词：弹性滞后；静态拉伸；杨氏弹性模量

在用静态拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量实验中，假定被测金属丝是侧面不受约束的弹性介质，且测量是在弹性限度内进行的，即假定金属丝的伸长与所施拉力成正比、拉力撤销后能完全恢复原长。

而在实际测量中，在增加与减少砝码的过程中，相同砝码重量下的镜尺读数总有差距。分析可能产生差距的原因，有：①在砝码托上放一至两个砝码预拉伸金属丝后，金属丝还有残余的弯曲；②下卡头与圆孔内壁的摩擦；③金属丝的弹性滞后；④金属丝的弹性后效；⑤金属丝的范性形变；⑥杨氏模量仪立柱的受压伸缩。

参考文献[1]对实验中可能引起差距的因素作了仔细分析。参照参考文献[1]的实验结果，采取合理安排预拉伸时砝码的重量、避免下卡头与圆孔内壁的摩擦出现、待金属丝停止震荡后再读数、控制砝码的总重量等等措施，可排除上述①、②、④、⑤和⑥这几个因素，产生差距的原因就主要归咎于金属丝的弹性滞后。

参照参考文献[2]对弹性敏感元件的分析，“弹性滞后”是指弹性元件在弹性形变范围内其弹性特性的加载曲线与卸载曲线不重合的现象。引起弹性滞后的原因，主要是由于弹性元件在被拉伸时材料分子间存在内摩擦。

在用静态拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量实验中，金属丝的弹性滞后情形究竟如何？为此，在YANG-1A型杨氏模量测量仪上对直径约0.5 mm、长度约0.6 m的碳钢丝做了两组测量[3-4]。

第一组测量，用百分表固定在下卡头上方测金属丝的伸长，结果如表1和图1所示。表中，百分表读数越小所对应的金属丝伸长越大。

表1　增减砝码时记录百分表读数

图1　百分表读数与砝码质量关系曲线

第二组测量，用光杠杆系统放大伸长量，读镜尺读数，结果如表2和图2所示。表中，镜尺读数越大所对应的金属丝伸长越大。

表2　增减砝码时记录相应的镜尺读数下挂砝码质量

图2　镜尺读数与砝码质量关系曲线

从两组数据和弹性特性曲线可以看到，除了第一次增加砝码的头两个读数以外，其余读数都落在迟滞环内，且重复性很好。

迟滞的大小，若用最大输出差值对满量程输出的百分比来表示，由表1和图1可算出约为

综上所述，在用静态拉伸法测量金属丝杨氏模量实验中，的确存在弹性滞后现象，迟滞的量也较大,从测量数据可以很明显地观察到。

实验课中经常有学生观察到相同砝码重量时的数据的差距而提问。教师在指导实验讲解测量原理时，也应该加入有关迟滞的内容，一来解答学生的疑惑，二来拓展学生的知识面。

[1]鲍宇，罗致.静态拉伸法测量金属丝杨氏弹性模量实验结果的偏差分析[J].物理与工程， 2005,15(5)．

[2]刘迎春，叶湘滨.传感器原理设计与应用[M].北京：国防科技大学出版社，2002．

[3]蔡莉莉，王会彬.拉伸法测金属丝杨氏模量实验装置改进[J].大学物理实验，2015(1)：57-59.

[4]李儒颂，李志坤.杨氏模量测量装置的设计[J].大学物理实验，2014(5)：51-53.

Investigation of the Hysteresis Phenomenon for a Metal Wire Stretched Statically

ZHAO Ying

(Hunan University,Hunan Changsha 410082)

Abstract：Hysteresis Phenomenon can be observed obviously in the experiment of Determination Young’s Modulus for a Metal Wire.This thesis shows the hysteresis phenomenon on a metal wire which is stretched statically by means of measuring data and elastic characteristic curves.Quantity of the hysteresis is calculated roughly.

Key words：elastic hysteresis；static stretch；Young’s modulus

中图分类号：O 4-34

文献标志码：A

DOI：10.14139/j.cnki.cn22-1228.2016.001.012

文章编号：1007-2934(2016)01-0046-02

收稿日期：2015-04-18