Текст выступления:

Зертханалық жұмыс: Серпімді деформацияларды зерделеу
1. Серпімді деформациялар: зертханалық жұмыстың негізгі мақсаттары

Материалдардың серпімділік қасиетін түсіну – физика мен техникада аса маңызды. Серпімді деформациялар арқылы біз денелердің бастапқы пішініне қалай және қандай шарттарда қайта оралатындығын зерттейміз. Бұл зерттеу материалдардың беріктігі мен икемділігін анықтау үшін негіз болады.

2. Серпімді деформациялардың физикалық негіздері

Серпімділік – бұл дененің сыртқы күш әсерінен өзгерген пішіні мен өлшемінен бастапқы қалпына қайта оралу қабілеті. 17-ғасырда ағылшын ғалымы Роберт Гук бұл құбылысты зерттеп, өзінің атымен аталатын заңды ашты. Серпімділік өміріміздің барлық саласында кездеседі: ағаштардың қозғалуы, құрылыс пен тұрмыстық техниканың жұмыс істеуі, табиғаттағы тіршілік иелерінің бұлшықеттерінің қызметі – бұлардан бәрінен де серпімділік қасиеті көрінеді.

3. Деформация түрлері

Деформациялардың бірнеше түрі бар. Біріншісі – серпімді деформация, мұнда денеге әсер еткен күш алынған соң, материал алғашқы пішініне қайтады. Мысалы, серіппенің созылуы осындай деформацияның үлгісі. Екінші түрі – пластикалық деформация, ол кезде дене күш әсерінен пішінін тұрақты өзгертіп, бастапқы қалпына орала алмайды, мысалы, доптың жаншу жағдайы. Сонымен қатар, ең көп кездесетін деформацияға созылу, сығылу, ию және кесу жатады. Мысал ретінде сызғыштың иілуін немесе қағаздың кесілуін айтуға болады.

4. Серпімділік модулі мен оның маңызы

Юнг модулі деп аталатын физикалық шама материалдардың серпімділік дәрежесін анықтайды. Ол неғұрлым жоғары болса, материал соғұрлым қаттырақ, ал төмен болса, жұмсақ әрі иілгіш болады. Бұл көрсеткіш инженерлерге материалды таңдау кезінде өте маңызды. Мысалы, болаттың Юнг модулі шамамен 200 гигапаскальға тең, алюминийдің бұл шамасы 70 ГПа-ға жақын болса, резеңке өте жұмсақ болғандықтан, оның модулі тек 0,01 ГПа ғана. Осылайша, материалдардың серпімділік қасиеттерінің айырмашылығы Юнг модулі арқылы айқын көрінеді.

5. Гук заңының мәні мен қолданылуы

Роберт Гук ашқан заң бойынша, денеге әсер ететін күш пен оның деформациясының арасындағы байланыс пропорционал, яғни F=kx формуласы қолданылады, мұндағы k – қаттылық коэффициенті. Бұл заң тек серпімді шектің ішінде дұрыс және деформация мөлшері тым үлкен болмауы тиіс. Серіппелер мен резеңкелердің созылуы кезінде бұл заң жиі жүзеге асады, сондықтан техникада және тұрмыста кеңінен пайдаланылады. Мысалы, өлшеуіш серіппелер мен автокөлік амортизаторлары дәл осы заңға сәйкес жұмыс істеп, құрылымдардың сенімді әрі жұмысқа жарамды болуын қамтамасыз етеді.

6. Материалдардың серпімділік модульдерінің кестесі

Көптеген материалдар өздерінің қаттылығы мен икемділігі бойынша әртүрлі сипатталады. Кестеде жиі қолданылатын материалдардың Юнг модульдері жинақталған. Олардан көрінетін басты нәрсе – материал қаттылық сипаттамасы артқан сайын, оның серпімділік модулі де өседі. Айрықша назар аударарлық материал – болат, ол ең жоғары қаттылыққа ие. Бұл қасиеті арқасында болат құрылыс пен өнеркәсіпте кеңінен қолданылады, себебі ол үлкен күшке төтеп бере алады және ұзақ мерзім бойы бастапқы пішінін сақтайды.

7. Серпімді деформацияның күнделікті мысалдары

Күнделікті өмірде серпімді деформацияны әртүрлі жағдайда байқауға болады. Мысалы, серіппелі креслоға отырғанда оның серіппелері қысылып, кейін сіз орнынан тұрғанда бастапқы қалпына оралады. Велосипедтің дөңгелегіндегі резеңке шиналар жолдан келген соққыны сіңіріп, кейін өзінің пішінін сақтайды. Балалардың ойнаған кезде жұмсақ доптың деформацияланып, артынан үшінші рет пішініне оралуы да осы заңдылыққа сай келеді. Осылайша, серпімділік біздің айналамызда үнемі жұмыс істейді.

8. Зертханалық жұмыстың мақсаттары мен міндеттері

Бұл зертханалық жұмыс арқылы серпімді деформацияны нақты тәжірибелік жағдайда зерттеу көзделеді. Оның негізгі мақсаты – денелердің қаттылық коэффициентін анықтау. Сонымен қатар, студенттер бақылауға алынатын және бақылауға алынбайтын айнымалыларды ажырата білуге, дәл өлшеулер жүргізу қабілеттерін дамытуға үйренеді. Зерттеу барысында қауіпсіздік талаптарын сақтауды да маңызды міндет деп есептейміз, сонымен қатар тәжірибелік әдістер мен алынған деректерді жүйелі және тәртіппен өңдей білу дағдылары қалыптасады.

9. Күш пен созылу арасындағы тәуелділік графигі

Берілген графикте серіппеге әртүрлі жүктеме қолданылған кезде, оның ұзындығы мен оған әсер ететін күштің арасындағы тәуелділік көрсетілген. График түзулігі Гук заңымен сипатталатын серпімді деформацияның шегінде бұл екі арасындағы байланыс сызықтық екенін дәлелдейді. Бұл тәжірибе материалды зерттеуде маңызды құралдардың бірі ретінде қолданылады.

10. Зертханадағы негізгі құралдар мен олардың қызметі

Зертханалық жұмыста пайдаланылатын басты құрал – серіппе. Сол арқылы күш әсерінен деформацияны бақылауға болады. Серіппінің созылуын дәл өлшеу үшін миллиметрлік шкаласы бар сызғыш қолданылады. Қауіпсіздіктің басты шараларының бірі – қорғаныс көзілдірігін тағу. Барлық құралдар арнайы кронштейндерге сенімді бекітіліп, олардың қауіпсіздігіне ерекше көңіл бөлінеді. Осылайша, студенттер қауіпсіздік ережелерін сақтай отырып, дәлдікпен жұмыс істеуге үйренеді.

11. Тәжірибе жүргізу тәртібі: негізгі қадамдар

Тәжірибе бірнеше кезеңнен тұрады: алдымен қажетті құралдар мен материалдар жинақталады, содан соң серіппеге түрлі жүктемелер салынады. Әрбір жүктеме кезінде серіппінің созылуы миллиметрлік сызғышпен өлшенеді. Барлық деректер мұқият жазылып алынып, кейінгі талдау мен есептеулерге дайындалады. Соңында алынған мәліметтер бойынша қорытынды жасалып, қаттылық коэффициенті анықталады.

12. Деректерді өңдеу мен қаттылық коэффициентін табу

Зерттеуде алынған күш (F) пен серіппенің созылуы (x) мәліметтері Гук заңының формуласы арқылы қарастырылады және қаттылық коэффициенті (k) есептеледі. Бұл коэффициент материалдың серпімді қасиетін нақты көрсетеді. Арнайы графиктер арқылы күш пен созылу арасындағы сызықтық тәуелділік тексеріледі, бұл Гук заңының дұрыстығын тағы да растауға мүмкіндік береді. Алайда тәжірибеде әрдайым кіші бір қателіктер болуы мүмкін, олар есептеуде ескеріліп, нәтижелердің дәлдігі арттырылады.

13. Тәжірибе нәтижелерінің кестесі

Кестеде әртүрлі жүк массаларының (грамммен) салмақ күшіне (Ньютон) айналуы, сонымен қатар серіппенің ұзындығы мен оның созылуы, қаттылық коэффициенті көрсетілген. Мұнда бақыланған деректерден көрініп тұрғандай, жүктеменің көбеюі серіппенің созылуын сызықтық түрде арттырады. Қаттылық коэффициентінің шамасы шамамен тұрақты болып қала беріп, нақты және сенімді мәліметтерге негізделген.

14. Эксперименттен алынған күш–созылу графигі

Эксперименттік графикте күш пен серіппенің созылуы арасындағы тәуелділік нақты көрсетілген. Көршіктегі сызықтық байланыс серпімділік шегі ішінде Гук заңының тиімді және дұрыс екенін растайды. Бұл график қаттылық коэффициентін анықтауға және материалдар қасиетін сараптауға мүмкіндік береді. Осылайша, зертханалық мәліметтер теориялық түсініктерді іске асырудағы нақты дәлел болып табылады.

15. Өлшеу мен есептеудегі типтік қателер

Өлшеу барысында жиі кездесетін қателіктерге сызғыштың көзбен дұрыс қаралмауы және құралдардың дәл орналаспaması жатады, бұл нәтижелердің дәлдігін төмендетуі мүмкін. Сондай-ақ, жүктемені серіппенің дәл ортасына орналастырмау немесе кестеге мәліметтерді дұрыс енгізбеу тәжірибенің сапасына теріс әсер етеді. Мұндай қателіктер зерттеу нәтижесін бұрмалап, талдауды қиындатады, сондықтан оларды алдын-ала болжау және болдырмау маңызды.

16. Серпімді деформацияның өмірдегі маңызы

Серпімді деформация - біздің күнделікті өмірімізде және технологияда маңызды рөл атқаратын құбылыс. Мысалы, автомобильдердің амортизаторлары жолдағы дірілді сіңіріп, тыныш әрі қауіпсіз жүріс қамтамасыз етеді. Бұдан басқа, көпірлер мен ғимараттарда қолданылатын металдардың серпімділігі құрылымның беріктігі мен ұзақ өмір сүруіне септігін тигізеді. Биомедицинада, әсіресе ортопедиялық аяқ киім мен брекеттерде, серпімді материалдар адамның қозғалысын жеңілдетеді, жарақат алу қаупін төмендетеді. Құрылыс саласында серпімділік модулі материалды таңдау кезіндегі маңызды көрсеткіш болып табылады, себебі ол құрылыс нысандарының икемділігі мен беріктігін анықтайды. Осылайша, серпімді деформация инженерлік, биомедициналық және құрылыс салаларында өмір сапасын арттыруға қызмет етеді.

17. Зертханалық жұмыстағы қауіпсіздік ережелері

Зертханалық жұмыстарда қауіпсіздікті қамтамасыз ету ең басты міндеттердің бірі болып табылады. Серппелер мен жүктерді қолдану кезінде көзді қорғайтын арнайы көзілдірік кию керек, себебі кенеттен бөлшектерден зақым алу қаупі жоғары. Екінші маңызды ереже - жұмыс басталғанға дейін барлық құрал-жабдықтардың дұрыс күйде екендігін мұқият тексеру, бұл қауіпті жағдайлардың алдын алу жолы. Сонымен қатар, жұмыс орнын таза ұстау және кез келген апаттық жағдайларда мұғалімге немесе жауапты адамға шұғыл хабарландыру маңызды, өйткені бұл тәжірибенің қауіпсіз түрде өтуін қамтамасыз етеді. Қауіпсіздік техникасы – әр зертханалық жұмыстың табысты және зиянсыз өтуінің кепілі.

18. Серпімділік туралы қызықты фактілер

Серпімділік табиғат пен техникада таңғажайып құбылыстарға себеп болады. Бір қызығы, кішкентай инелерден бастап алып ғимараттарға дейінгі барлық заттар белгілі бір мөлшерде серпімділікке ие. Мысалы, қыстың суық күндерінде кейбір материалдар қатаяды, бірақ олардың серпімділігі сақталады, ал жазда олар икемдірек болады, бұл температуралық өзгерістердің әсері. Көптеген ғалымдар серпімділікті зерттеу арқылы ғарыш технологиясы мен медицинада жаңа жетістіктерге жетіп отыр, мысалы, жасанды тіндерді жасау не робот техникасына арналған икемді материалдарды әзірлеу. Осылайша, серпімділік – ғылым мен техника әлемінде жаңа мүмкіндіктердің кілті.

19. Жиі қойылатын сұрақтар және жауаптары

Серпімді деформацияға қатысты кейбір маңызды сұрақтарға жауап берейік. Біріншіден, серпімділіктің шегі бар, яғни оны асыра қолданған кезде материалдың деформациясы қайтарылмайды. Бұл процесс атомаралық байланыстардың бұзылуымен, құрылымның тұрақсыздануымен сипатталады. Екіншіден, әр түрлі материалдардың қаттылық коэффициенттері атомдық деңгейдегі құрылымның ерекшеліктеріне байланысты өзгереді, бұл олардың серпімділік дәрежесін анықтайды. Соңғысы – техника саласында материалдарды таңдау олардың беріктігі мен икемділігіне негізделеді, бұл өнімнің ұзақ және сенімді қызмет етуіне ықпал етеді. Бұл сұрақтар серпімділік туралы түсінікті тереңдетеді.

20. Серпімді деформацияларды зерттеудің маңыздылығы мен қорытындысы

Зертханалық тәжірибелер арқасында серпімді деформация мен Гук заңының негіздері нақты әрі жан-жақты түсіндірілді. Бұл тәжірибе біздің физика заңдарын терең меңгеріп, инженерлік қолдануларда, сондай-ақ күнделікті өмірде бұл білімді тиімді пайдалануға мүмкіндік береді. Осылайша, серпімдікті зерттеу ғылым мен техникадағы маңызды бағыттардың бірі болып, түрлі салаларда жаңалықтарға жол ашады.

Дереккөздер

Физика пәні бойынша оқу құралы, 7-сынып, Алматы, 2022.

Материалтану негіздері, Қ.А.Жұмабаев, Алматы, 2020.

Роберт Гук және серпімділік заңдары туралы: тарихи зерттеулер жинағы, 2018.

Тәжірибелік физика: студенттерге арналған нұсқаулық, 2023.

Материалдардың механикалық қасиеттері, А.Бекенов, Нұр-Сұлтан, 2021.

Колесников А.Н. Физика твёрдого тела: учебное пособие. — Москва: Наука, 2015.

Петров В.В. Механика материалов и конструкций. — Санкт-Петербург: БХВ-Петербург, 2018.

Ильин А.А., Смирнов Б.В. Материаловедение. — Москва: Высшая школа, 2020.

Сергіту А.А. Зертханалық жұмыс қауіпсіздігі: оқулық. — Алматы: Қазақ университеті, 2019.