II тарау. Практикалық бөлім

Тәжірибе №1. Юнг Модулінің анықтамалары.

Мақсаты: серпімділік модулін, үлгінің бұзылуы басталатын сыну Күшін, максималды салыстырмалы ұзаруды зерттеу

Құралдар мен материалдар: штатив ,үлгіге арналған қысқыштар мен жүктемелер, сызғыш, жолақшалар (30 × 4) см пакеттерден.

Жұмыс барысы:

1.Бірдей үлгілерге арналған пластикалық тұтқа қатаң бекітілген металл шыбыққа ілінеді - пакеттерден кесілген жолақтар (30× 4 см). Үлгілерді ұзарту сызғыштың көмегімен бекітіледі

( 1-қосымша).

Біз пакеттердің 3 түрін таңдадық (бірінші топ - "Майк" түрі - HDPE, екінші топ-түтік тұтқасы-HDPE , үшінші топ-Ілмек тұтқасы - HDPE ).

Есептеулер:

Гук заңы орындалатын шекті кернеу (пропорционалдылық шегі) формула бойынша анықталды: σ=F / Lh

мұндағы F - сыртқы күш (P=mg - жүктің салмағы), L — үлгінің ені (4 • 10-2 м), h – оның қалыңдығы, М.

Салыстырмалы ұзарту мынадай формула бойынша есептелді: ε = ∆l / l0

Юнг модулі-формула бойынша: E=σ / ε

σ = 40/10*10-6 *4*10-2= 100*106 Н / м2, E= 100/0. 07=142 МПа

1 кесте

Механикалық параметрлерді тәжірибелік анықтау нәтижелері

эксперименттік үлгілер

Қорытынды:

1. Өлшеу нәтижелері кесте түрінде ұсынылған.

2. F (Δl) тәуелділік графигін салды (2-қосымша).

3. Графиктер бойынша үлгілер сыналатын учаскелер анықталды
серпімді деформацияға, яғни орындалады Гук заңы.

Тәжірибе№2. Қоршаған орта температурасының және пакеттік ақаулардың механикалық параметрлерге әсері.

Мақсаты: қоршаған орта температурасының әсерін және механикалық параметрлерге ақаулардың болуын тексеру.

Аспаптар мен материалдар: штатив, үлгіге арналған қысқыштар мен жүктемелер ,сызғыш, пакеттерден (3 0× 4)см жолақтар, термометр.

Жұмыс барысы: 1.Сынақтар әр түрлі ақаулары бар үлгілерде қоршаған ортаның әртүрлі температурасында жүргізілді (тесік, көлденең кесу) (Қосымша3)
Кесте 2

Тәжірибелік анықтау нәтижелері

механикалық параметрлер (пакет № 3)

t=200С кезінде

«Көлденең қимасы» ақау

10 шағын аудан тұрғындарына біз жасаған сауалнама сұрақтарына жауап беруді ұсындық.

1. Дүкенде сатып алу кезінде қандай сөмкелерді қолданасыз?

2. Сіздің ойыңызша, пайдаланудың артықшылығы неде

арқан сөмкелерінің алдында полиэтилен пакеттері?

3. Сіз назар аударасыз таңдау кезінде пакетін қай түріне?

4. Полиэтилен пакеттерін қолданудың кемшіліктері неде?

Эксперимент жүргізу үшін Прокопьевск қаласының сауда нүктелерінде жиі кездесетін полиэтилен пакеттерінің әртүрлі үлгілері таңдалды. Сонымен қатар, кейбір пакеттерде өндіруші және максималды жүктеме көрсетіледі, пакеттердің бір бөлігі, ал кейбір пакеттер мүлдем сәйкестендірілмейді. Зерттелетін үлгілердің максималды жүктемесі 1 кг-нан 10 кг-ға дейінгі аралықта болады, зерттеу бөлме температурасында жүргізілді.

Әр түрлі материалдардың механикалық қасиеттері осы материалдардың үлгілеріне айтарлықтай күштермен (жүктемелермен) әсер ету арқылы зерттеледі. Жүктемелердің сипаттамасы-механикалық кернеу σ. Механикалық кернеу дегеніміз-деформация кезінде пайда болатын серпімді күш Модулінің күш векторына перпендикуляр үлгінің көлденең қимасына қатынасына тең физикалық шама. σ = F/S

Гук заңы бойынша σ = е / ε/, мұндағы Е-Юнг модулі, ε = ∆l / l .

Гук заңы әлі де орындалатын σp максималды кернеуі, яғни шағын деформацияларда пропорционалдылық шегі деп аталады.

Байқалған қалдық деформациялар әлі пайда болмайтын максималды σуп кернеуі (қалдық деформация 0,1% аспайды) серпімділік шегі деп аталады.

Кернеудің белгілі бір мәні кезінде үлгінің ұзаруы жүктемені арттырмай-ақ артады. Бұл құбылыс материалдың аққыштығы деп аталады (2, 61-бет).

Үлгінің деформациясы жүктемені арттырмай өсетін σt кернеуі кірістілік шегі деп аталады (4, 134-бет).

Үлгінің жыртылуы механикалық кернеу σpch максималды мәніне жеткеннен кейін пайда болады, ол беріктік шегі деп аталады (үлгі сыртқы жүктемені жойылғанға дейін арттырмай созылады).

Созылу деформациясын зерттеу үшін үлгіні созылу және пайда болатын кернеуді өлшеу арқылы созады. Эксперименттердің нәтижелері бойынша созылу диаграммасы жасалады-кернеудің σ салыстырмалы ұзаруына тәуелділік графигі ε. Диаграмма материалдың механикалық қасиеттері және оның беріктігі туралы толық ақпарат береді (2, 62-бет).
2.Эксперименттік қондырғы.

Эксперименттік қондырғының схемалық диаграммасы 1-суретте көрсетілген. Қатаң бекітілген 1 металл өзекке пакеттерге арналған 2 пластмасса сабы ілінеді. Үлгілерді ұзарту

ол пластикалық пакеттің түбіне пластилинге бекітілген 3 өлшеуіш таспаның және 4 пластмасса көрсеткішінің көмегімен бекітіледі.

1 2

3 5

Сурет: 1 Эксперименттік қондырғының схемасы.

Жұмыстың негізгі күрделілігі полиэтилен пакеттердің гетерогенді екендігінде болды, яғни үлгілердің көлденең қимасын және олардың бастапқы ұзындығын өлшеу мүмкін емес. Сондықтан үлгілердің шекті кернеулері мен салыстырмалы ұзаруын өлшеу мүмкін емес. Осыған байланысты шекті кернеулердің орнына шекті массаларды, яғни MP, mup, MT және mpcs қолдану туралы шешім қабылданды, өйткені Жүктің массасы үлгінің механикалық кернеуіне тура пропорционал, ал пакеттерді салыстырмалы түрде ұзартудың орнына абсолютті ұзартуды қолданыңыз, өйткені олар да пропорционалды. Осылайша, біздің эксперименттік созылу диаграммасы-m жүктерінің массасының ∆l үлгісінің абсолютті ұзаруына тәуелділігі (сурет. 6).

Үлгілердің максималды жүктемесі полиэтилен пакеттерінің m параметрі mup серпімділік шегі мен MT кірістілік шегі арасындағы аралықта болуы керек деген себеппен анықталды. Сонымен қатар, үлгілердің қалдық деформациясы ≈ 10% аспауы керек.

Жоғарыда айтылғандар алға қойылған міндеттерді орындау үшін тек жүктің массасын және жұмыста жасалған үлгілердің абсолютті ұзартылуын өлшеу керек деген қорытынды жасауға мүмкіндік береді. № 1-15 пакеттерге арналған барлық эксперименттік деректер 1-15 кестелерде орналасқан (1-қосымшаны қараңыз).

Е = 1,1 ГПа полиэтиленге арналған Юнг модулін біліп, әртүрлі жүктемелер кезінде пакеттердің эксперименталды түрде салыстырмалы ұзаруын алғаннан кейін біз созылу диаграммасын құрдық, соның арқасында біз механикалық кернеудің өзгеруін тағы бір рет байқадық.

Себебі пакеттерді іліп қою кезінде оларға серпімді күш пен ауырлық күші әсер етеді, содан кейін Ньютонның үшінші заңы бойынша ft = Fupr.

mg = σS немесе mg = e|ε|S.

Осыдан сіз материалдардың мүмкін көлденең қимасын теориялық тұрғыдан біле аласыз: S = mg/e|ε| .

Эксперименттік мәліметтер негізінде 1-кесте құрылды: "эксперименттік үлгілердің механикалық параметрлері", онда полиэтилен пакеттердің барлық қажетті механикалық параметрлері анықталды (2-қосымшаны қараңыз).

Біз барлық зерттелген пакеттерді полиэтилен тұтқаларының түрлеріне бөлдік.

Б ірінші топқа пакеттер кіреді (сурет. 2) 1-ден 5-ке дейінгі нөмірлермен .

№ 1 № 2 № 3 № 4 № 5

Сур. 2 I топтағы полиэтилен пакеттері.

Үлгілердің осы тобына тән нәрсе-пакеттерде тұтқалар мен түбтер жыртылады. I топ көшбасшылары: "Брудер" дүкенінің № 1 пакеті және "Витамин"дүкенінің № 3 пакеті.

Екінші топтың пакеттері 3-суретте көрсетілген.

Б ұл 6-дан 11-ге дейінгі нөмірлері бар пакеттер.

№6 №7 №8 №9 №10 №11

№ 12 № 13 № 14 № 15

Осы топтың пакеттерінің максималды жүктемелері минималды. Үшінші топтың пакеттері бірінші және екінші топтағыдай тұтқалар мен түбін жыртып тастады. III топ көшбасшылары - "Интерпак" фирмасының № 12 пакеті және "Jancy Chair"фирмасының №15 пакеті.

Алайда екінші және үшінші топта мәлімделген ең жоғары 10 кг және 20 кг жүктемеге сәйкес келмейтін №8 және №12 пакеттер ("Интерпак" фирмасының) болады.

№8 үлгіде эксперименталды түрде белгіленген максималды жүктеме 5 кг, ал №12 үлгіде – 4 кг құрайды.

2, 5 және 8 сандары бар үлгілерде пакеттердің тұтқалары 1,6-1,7 сантиметрге созылғанын атап өткен жөн, бұл материалдың жоғары икемділігін көрсетеді.

5 және 6-суреттерде зерттелетін үлгілерге тән созылу диаграммалары көрсетілген. Бұл диаграммалар эксперименттер нәтижелері бойынша ең жақсы механикалық параметрлері бар № 1 және №3 пакеттер үшін құрылған.

мп = 2 кг-пропорционалдылық шегі,

муп = 3 кг – серпімділік шегі,

m = 8 кг – максималды жүктеме шегі,

мпч = 9 кг беріктік шегі.

Сур. 6 № 3 үлгінің созылу диаграммасы.

Механикалық кернеудің салыстырмалы ұзаруға тәуелділігінің диаграммалары жасалды. Әр топтағы ең жақсы көрсеткіштері бар пакеттер үшін көлденең қиманы есептеңіз.

Осы пакетте мәлімделген жүктеме (10 кг) кезінде Қима ауданы мынадай болуы тиіс :S = =2,3мк

Осы пакетте мәлімделген жүктеме (20 кг) кезінде Қима ауданы мынадай болуы тиіс :S = =29 мк

Пакеттердің арзандығы, олардың айналымының қарапайымдылығы және сынғыштығы көптеген пакеттердің өте қысқа уақытқа пайдаланылуына әкеледі. Мысалы, дүкендегі сатып алулар пакеттерге салынып, үйге әкелінеді, содан кейін көп ұзамай пакеттер жыртылып, тасталады.

Әлемде жылына 4 триллион пакет қолданылады. Олар 1 миллион құсты өлтіреді; 100 мың теңіз сүтқоректілері және сансыз балық мектептері.

6 млн. 300 мың тонна қоқыс, оның басым бөлігі пластик, жыл сайын Әлемдік мұхитқа тасталады. Ғалымдар полиэтилен пакеттері адамдар шығаратын барлық қоқыстың 7-9% құрайды дейді.

Экологтардың пікірінше, біріншіден, сатып алуды пластикалық пакетке емес, сөмкеге салу эстетикалық және практикалық, өйткені пакеттер жыртылып, сіздің әдемі адамыңызбен жақсы араласпайды. Екіншіден (және бұл қызықты факт), бір адам бір жыл бойы полиэтилен пакеттерінен бас тартып, 50 литр мұнайды үнемдейді, осылайша жаңа мұнай кен орындарының саны азаяды, сондықтан біздің әлемнің нәзік экожүйелерін бұзатын мұнай төгілуі арқылы қоршаған ортаның ластану қаупі азаяды. Үшіншіден, қоршаған ортада тасталған пакеттер ұзақ уақыт сақталады және биологиялық ыдырауға ұшырамайды, ал жанған кезде СО2 шығарады. Осылайша олар тұрақты ластануды құрайды

Биопакеттердің пластикалық пакеттерге қарағанда көптеген артықшылықтары бар. Сарапшылар оларды өңдеу және жою оңай екенін дұрыс айтады. Мүмкін, мысалы, маталар (Үнді мақтасы 11-12 ай ішінде жерге ыдырайды), биологиялық ыдырайтын полиэтилен және полипропилен (полиэтилен биопакеттері органикалық туындылар негізінде (астық және сүт қалдықтары, қантты қайта өңдеу өнімдері) немесе қарапайым бактерияларды тамақтандыруға арналған өсімдік генезисінің құрамдас бөліктерін негізгі полимерлерге енгізу арқылы шығарылады, нәтижесінде мұндай қаптаманың толық жойылуына әкеледі), окси-биологиялық ыдырайтын пакеттер.

Пластикалық пакеттерді теңізде де, қала көшелерімен де қоршаған ортаға қауіп төндіретін жерлерде де кездестіруге болады: пластик топырақта ыдырамайды, ал теңіз суында ол өте улы қосылыстар түзіп, ыдырайды. Осыған байланысты Италия мен басқа елдер әдеттегі пластикалық және пластикалық пакеттермен қоштасады. Пластикалық және полиэтилен пакеттерден бас тартқан аумақтарда оларды таратуға тыйым салынған сәттен бастап күшіне енді. ЕО талаптарына сәйкес дүкендерден сатып алушыларға тек қайта өңделетін қағаз, мата немесе биоматериал пакеттерін ұсыну талап етіледі. Ресми мәліметтер бойынша, Италия күнделікті өмірде қолданылатын полиэтилен пакеттерінің саны бойынша еуропалық көшбасшылардың бірі болып табылады.

"Чибис" дүкендер желісінің пакеттерінде біз "бұл пакет 100% биологиялық ыдырайтын" деген жазуды тауып, осы өтінішті тексеруді шештік. Ол үшін зерттелген үлгілер күн сәулесіне қойылып, сумен суланған.

Тәжірибе 7 ай бойы өтті.

Нәтижесінде сумен жанаспайтын үлгілер пакеттің сыртқы түрі мен құрылымын өзгертпегені анықталды. Суда "қабық" пакетінің үлгісі түсіп, серпімді болды, "Чибис" пакетінің үлгісі түсін жоғалтпады, бірақ нәзік болды.



Демек, пакет биологиялық тұрғыдан ыдырауы үшін су қажет. Демек, біздің биологиялық ыдырайтын кезеңіміз екі жылды құрайды.
Қорытынды
Жұмысты орындау барысында қойылған міндеттер толығымен шешілді: полиэтилен пакеттерінің пайда болу тарихымен танысты; социологиялық сауалнама негізінде ең көп қолданылатын пакеттерді анықтады; механикалық қасиеттердің өзгеруіне зерттеулер жүргізді; созылу диаграммасын құру кезінде зерттелген үлгілердің механикалық кернеуінің өзгеруін қадағалады; зерттелген пакеттер үшін максималды жүктемені анықтады; биопакеттердің экологиялық артықшылығын дәлелдеді.

Біз зерттеу барысында алынған нәтижелерді жүйеледік.

Шектерді анықтады: пропорционалдылық, серпімділік, беріктік, сонымен қатар зерттелетін полиэтилен пакеттерінің максималды жүктемесі.
Зерттеу келесі қорытынды жасауға мүмкіндік береді:

• 
  экспериментте қолданылатын барлық полиэтилен пакеттер өте төмен сапалы;
  
• 
  пакеттерде көрсетілген максималды жүктеме дұрыс емес; өндіруші фирмалар белгілеген максималды жүктемесі бар барлық дерлік пакеттерде нақты, эксперименталды түрде орнатылмаған, максималды жүктеме оны айтарлықтай төмендетеді;
  
• 
  "Брудер" және "Витамин"дүкендерінің пакеттері ең жақсы механикалық қасиеттерге ие.
  
• 
  полиэтилен пакеттерінің беріктігі оларды ұзақ уақыт пайдалануға мүмкіндік бермейді, бұл оларды тез жоюға әкеледі.
  

Осылайша, Зерттеудің мақсаты толығымен орындалды. Біздің зерттеуіміздің болашақ перспективалары тұрғысынан оны төмен температурада, тербелмелі жүктемелерді ескере отырып, эксперименттік үлгілердің көп мөлшерімен жүргізу мүмкіндігін қарастыруға болады, бұл неғұрлым мұқият қорытынды жасауға мүмкіндік береді. Қағаз пакеттердің экологиялық артықшылығы дәлелденді.

Осы зерттеудің нәтижелерін сатып алушылар полиэтиленді немесе қағаз пакеттерді таңдауда, оқушылар мен ата-аналарды экологиялық ағарту бойынша материал ретінде сынып сағаттарында, қаланың сауда желілеріндегі әртүрлі жарнамалық акциялар мен биопакеттер сатып алуға бағытталған экологиялық қозғалыстар үшін, сондай-ақ студенттер физикалық үйірмелер мен факультативтер жұмысында пайдалана алады.

Жұмыстың басында зерттеудің мақсаттары, объектісі және пәні анықталды. Біз ұсынған гипотезада полиэтилен пакеттің өткізу қабілеті, беріктігі және қызмет ету мерзімі оның жасалған материалына, өндіріс технологиясына және түріне тікелей байланысты болады деп болжалды.

Жұмысты орындау барысында қойылған міндеттер толығымен шешілді, яғни шектер анықталды: пропорционалдылық, серпімділік, кірістілік және беріктік, сондай-ақ зерттелетін полиэтилен пакеттерінің максималды жүктемесі.

Зерттеу келесі қорытынды жасауға мүмкіндік береді

1. Ең берік, жүк көтергіш және кең – қалың "футболка" типті пакеттер, перфорацияланған және перфорацияланбаған.

2. Ең үлкен салмақты № 3 (80 Н) 4 (90 Н) пакет үлгілері алады. Оларда Юнг модулі көп (300-400 МПа).

3. Үзіліс кезінде ең үлкен салыстырмалы ұзарту 5(16%) және 6 (18%) пакеттерге ие, ал ең азы– 1(7%), 3 (6%).

4. Температура төмендеген кезде, мысалы, қыста пакеттің максималды жүктемесі артып, созылу азаяды, яғни пакеттің беріктігі артады.

"Тесік" ақаулары пакеттің беріктігіне іс жүзінде әсер етпейді, бірақ "көлденең кесу" ақауымен беріктік 2 есе азаяды және пакет тез жыртылады, іс жүзінде созылмайды.

Осылайша, жұмыстың мақсаты орындалды, гипотеза расталды.

Біздің зерттеуіміздің болашақ перспективалары тұрғысынан оны тербелмелі жүктемелерді ескере отырып, эксперименттік үлгілердің көптігімен қарастыруға болады, бұл неғұрлым мұқият қорытынды жасауға мүмкіндік береді.
Қолданылған әдебиеттер тізімі
1. Жаратылыстану жобалары. 10-11 сыныптар (Физика. География. Экология. Химия) / Құраст. М.Ю. Демидова.– М.: Мектеп Баспасөзі, 2005. – 80 б.

2. Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика: Оқу. 10 сынып үшін.орта. шк.– 3-ші басылым.– М.: Ағарту, 1994.– 222 б.

3. Физика факультативтік курсы. 9 сынып. оқушыларға арналған оқу құралы. Ред. а. в. Перышкина және С. Е. Каменецкий.– М.: Ағарту, 1976.– 159 б.

4. Физика: Оқу. 10 сынып үшін. мен сынып тереңдету. физиканы зерттеу / о. Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э. Е. Эвенчик және т. б.; ред. А. А. Пинский. – 7-ші басылым. – М.: Білім, 2002.– 415 Б.