美華儀為您介紹楊氏模量的實驗原理

楊氏模量是描述固體材料抵抗形變能力的物理量。當條長度為L、截面積為S的金屬絲在力F作用下伸長ΔL時，F/S叫應力，其物理意義是金屬絲單位截面積所受到的力；ΔL/L叫應變，其物理意義是金屬絲單位長度所對應的伸長量。應力與應變的比叫彈性模量。ΔL是微小變化量。楊氏模量，又稱拉伸模量是彈性模量中zui常見的種

范性形變

固體在外力作用下將發生形變，如果外力撤去后相應的形變消失，這種形變稱為彈性形變。如果外力撤去后仍有殘余形變，這種形變稱為范性形變。

應力Tensile stress（σ）單位面積上所受到的力（F/A，其中A=cross-sectional area=S 面積 ）。

應變Tensile strain （ε ）：是在外力作用下的相對形變（相對伸長e/L，其中e=extension=△L）它反映了物體形變的大小。

胡克定律：在物體的彈性限度內，應力與應變成正比，其比例系數稱為楊氏模量（記為E）。用公式表達為：

E=(F·L)/(A·△L)

E在數值上等于產生單位應變時的應力。它的單位是與應力的單位相同。楊氏彈性模量是材料的屬性，與外力及物體的形狀無關，取決于材料的組成。舉例來說，大分金屬在合金成分不同、熱處理在過程中的應用，其楊氏模量值會有5%或者更大的波動。

楊氏模數(Young's modulus )是材料力學中的名詞，彈性材料承受正向應力時會產生正向應變，定義為正向應力與正向應變的比值。公式記為

E = σ / ε

其中，E 表示楊氏模數，σ 表示正向應力，ε 表示正向應變。楊氏模量大，

說明在壓縮或拉伸材料時，材料的形變小。

實驗原理

基本公式：

，式中L為金屬絲原長

光杠桿放大原理

光杠桿兩個前足尖放在彈性模量測定儀的固定平臺上，而后足尖放在待測金屬絲的測量端面上。金屬絲受力產生微小伸長時，光杠桿繞前足尖轉動個微小角度，從而帶動光杠桿反射鏡轉動相應的微小角度，這樣標尺的像在光杠桿反射鏡和調節反射鏡之間反射，便把這微小角位移放大成較大的線位移。

如右圖所示,當鋼絲的長度發生變化時，光杠桿鏡面的豎直度然要發生改變。

那么改變后的鏡面和改變前的鏡面然有個角度差，用θ來表示這個角度差。從下圖我們可以看出：

△L=b·tanθ=bθ，式中b為光杠桿前后足距離，稱為光杠桿常數。

設放大后的鋼絲伸長量為C，由圖中幾何關系有：

θ=C/4H

故：△L=bC/4H

代入計算式，即可得下式：

式中D為鋼絲直徑，變量D（使用螺旋測微器測量）、F（通過所加砝碼質量計算）、H、C（直接讀數）、b（使用游標卡尺測量）、L就是所要測量的目標物理量。根據該公式便可計算楊氏模量。