ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Обработка результатов измерений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ В ТВЕРДЫХ ТЕЛАХ

ОПТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

Теоретическое обоснование работы

Описание лабораторной установки

Рис. Оптическая схема прибора для исследования явления фотоупругости. Цифрами обозначены: 1, 3 – плоскости пропускания поляризатора и анализатора, соответственно; 2 – оптическая ось анизотропного образца. Показаны направления плоскостей поляризации на различных этапах прохождения света

В прозрачных деформированных пластинках разность показателей преломления n_о –n_е а, следовательно, и разность хода, зависит не только от материала пластинки, но и от величины механических напряжений в ней. Поэтому участки пластинки, подвергнутые одинаковым растягивающим или сжимающим напряжениям, будут выглядеть окрашенными в один цвет. Этим свойствам часто пользуются с целью построения картины распределения напряжений в деталях машин. Для этого изготавливается прозрачная модель детали, которая затем подвергается механическому нагружению и рассматривается на просвет в поляризованных лучах, как описывалось выше.

Интерференцию поляризованных световых лучей можно получить, применяя поляризационную установку ПКС-М, оптическая схема которой представлена на рисунке.

Пучок естественного (неполяризованного) света, проходя через поляризатор, становится линейно поляризованным. В лабораторной работе роль пластинки К будет играть сжатая плоскопараллельная пластинка из плексиглаза. Так как скорости распространения обыкновенных и необыкновенных лучей в среде различны, то они выйдут из пластинки К с некоторой разностью фаз и соответствующей ей разностью хода Δ, зависящей от толщины пластинки d и от внутренних напряжений в образце Т.

Δ=С·Т·d, где С – константа фотоупругости, величина, зависящая от материала пластинки.

В нашем случае С= 5,1∙10^-12м²/Н. Максимум интерференционной картины наблюдается при выполнении условия

Δ=λ,т.е.

λ=С · Т · d .

Используя соотношения D = (n _o – n _e ) × d и λ=С · Т · d получим, что величина внутреннего напряжения в материале связана с разностью показателей преломления среды для обыкновенных и необыкновенных лучей следующим образом:

С·Т = n_о– n_е .

Направление и величина деформаций в разных точках образца могут быть различными, поэтому интерференционная картина получается весьма сложной. Областям одинаковых напряжений при наблюдении в белом свете соответствуют одинаково окрашенные области, которые называют изохроматическими. Такой метод изучения деформаций на прозрачных моделях получил название метода фотоупругости. Он дает возможность непосредственно видеть области деформации и их размеры. По цвету изохроматической области можно определить разность хода интерферирующих лучей. В поляризованном свете области с максимальными внутренними упругими напряжениями (опасные места) оказываются окрашенными цветом, соответствующим максимальной наблюдаемой длине волны.

Порядок выполнения работы

1. Измерить толщину d одного из образцов (образцы одинаковые по толщине), результат занести в таблицу.

2. Расположить четыре образца в тетради и обвести их карандашом.

3. Установить образец в держатель полярископа, включить осветитель, и понаблюдать сначала ненапряженный образец. Увиденная при этом интерференционная картина характеризует остаточные деформации.

4. При помощи винта подвергнуть образец нагрузке. Вращая окуляр, добиться, чтобы наблюдаемая интерференционная картинка была наиболее насыщенная по цвету, при этом должно наблюдаться максимальное количество различных цветов. Рассмотреть интерференционную картину и зарисовать изохроматические линии и области в тетради цветными карандашами.

5. Повторить пункты 3, 4 для трех оставшихся образцов.

6. Для всех изохроматических областей рассчитать напряжение Т по формуле .

7. По формуле n_о–n_е=С·Т рассчитать разность показателей преломления среды для обыкновенного и необыкновенного лучей.

8. Используя интерференционные картины, установить «опасные места» в исследуемых образцах.

Таблица

Цвета	, нм	Т, Н/м2	nо – nе
красный				d= м
малиновый
розовый
желтый
сине-зеленый				С= 5,1·10 -12м2/Н
сине-голубой

Обработка результатов измерений

Выводы:

Контрольные вопросы

1. Какие среды называются изотропными, анизотропными?

2. Что такое поляризованный свет?

3. Что такое электромагнитная волна? Какая плоскость называется плоскостью колебаний, плоскостью поляризации?

4. В чем состоит суть явления двойного лучепреломления? Перечислите различия в свойствах обыкновенных и необыкновенных лучей. Что называется осью двойного лучепреломления?

5. Назовите условия интерференции поляризованных лучей.

6. Какие цвета называются дополнительными? Назовите дополнительные цвета для рассматриваемой пластинки.

7. Рассказать о методе фотоупругости. Какие линии называются изохроматическими?

ТЕСТОВЫЕ ЗАДАНИЯ

1.При падении света из воздуха на диэлектрик отраженный луч полностью поляризован при угле падения 600. Тогда показатель преломления диэлектрика равен …	2.На идеальный поляризатор падает свет интенсивности от обычного источника. Будет ли изменяться интенсивность света за поляризатором при вращении поляризатора вокруг направления распространения луча? Если «да», то как?
3.На рисунке показана ориентация векторов напряженности электрического ( ) и магнитного ( ) полей в электромагнитной волне. Вектор плотности потока энергии электромагнитного поля (вектор Умова-Пойнтинга) ориентирован в направлении …	4.На пути естественного света помещены две пластинки турмалина. После прохождения пластинки 1 свет полностью поляризован. Если J1 и J2 – интенсивности света, прошедшего пластинки 1 и 2 соответственно, и угол между направлениями OO и O’O’ j = 30°, то J1и J2связаны соотношением …
5.На рисунке представлен графики зависимости интенсивности J света, прошедшего через поляризатор, для трех разных волн от угла поворота поляризатора. На основе графиков укажите верное соотношение степеней поляризации падающих на поляризатор трех световых волн.	6.На поляризатор падает свет, представляющий собой смесь естественного и плоско поляризованного. Если интенсивности естественного и плоско поляризованного света связаны соотношением , то степень поляризации такого света равна …