使用するアクリル板の寸法は板厚5mmで一辺が100mmの正方形です。
この板の2辺が単純支持した時、長さL=80mmになるように設計しました。
アクリル板の中心には直径20mmの鋼球が落下して衝突させます。
このときアクリル板に発生するひずみを衝突面と反対側に接着させたひずみゲージにより検出します。
鋼球の質量 m=33g
落下距離 h=3.0m
断面二次モーメント Iz=1.04166666×10^-9
縦弾性係数 E=3.0GPa(自分で行なった引張試験より)
と、した時ですが
まずは、鋼球の運動エネルギまたは位置エネルギが全てアクリル板のひずみエネルギに変換されるのですか?
もし、鋼球の運動エネルギが全てアクリル板のひずみエネルギに変換されると仮定しますと、
運動エネルギ U=mv^2/2
ひずみエネルギ U=P^2L^3/96EIz
が等しいと考えまして、計算したら P=75.3kgfになりました。
次に、鋼球の位置エネルギが全てアクリル板のひずみエネルギに変換されると仮定すると、
位置エネルギ U=mg(h+δ) (δはひずみした距離と考えました)
ひずみエネルギ U=Pδ/2
が等しいと考えまして、計算したらP=77.8kgf
となりました。
計算も間違っていたら御指摘ください。
そして実際に実験を行ったのですが、
XYレコーダで検出したところ、1kgfしか検出されませんでした。
なにか間違っていないか教えてください。
いろいろな誤差も考えられますが、
もしよろしければそれも教えてください。
A 回答 (6件)
- 最新から表示
- 回答順に表示
No.2
- 回答日時:
はじめまして
専門家ではないのですが参考になれば幸いです。
>まずは、鋼球の運動エネルギまたは位置エネルギが全てアクリル板のひずみエネルギに変換されるのですか?
鋼球がアクリル板に衝突した場合は、鋼球が跳ね上がると思います。
衝突前や衝突の後では、鋼球も最初の位置エネルギーの一部を運動エネルギーとして持っています。
鋼球がアクリル板にぶつかり、跳ね上がる過程は
1.アクリル板が押し下げられてたわむ
2.アクリル板が一杯に下がったところで“一瞬”静止
3.アクリル板のたわみが元に戻る力で鋼球が跳ね上がる
です。このうちの2「一瞬」のみ鋼球が持っていた位置エネルギーのすべてがアクリル板のひずみエネルギー(+δ分の位置エネルギー)に変わっています。(空気抵抗や音は無視します)
この「一瞬」の前後では鋼球が運動エネルギーを持っています。
mura1752さんの実験ではその「一瞬」のひずみを測定できていますでしょうか?
また、
>縦弾性係数 E=3.0GPa(自分で行なった引張試験より)
プラスチックには「応力緩和」や「クリープ」という現象があります
http://www.shoei-chem.co.jp/knowledge100.html
http://www.shoei-chem.co.jp/knowledge101.html
短い時間だけ加わる衝突と引っ張り試験の状況とで弾性係数が異なるとことも考えられます。
ユックリと力を加えた場合の方が、衝突のように短い時間で力が加わるよりも柔らかい、ということです。
返信遅くなってすいません.回答ありがとうございます.
「一瞬」のひずみを測定しているかはわかりません.
調べる方法がよくわからないので…すいません.
縦弾性係数は,いろいろなネットで調べた結果がE=2.9GPaでしたのでE=3.0GPaで満足していました.
もう1度考えてみます.
No.3
- 回答日時:
>ユックリと力を加えた場合の方が、衝突のように短い時間で力が加わるよりも柔らかい、ということです。
言い換えれば、同じ大きさの力が加わったときでも、衝突のように“短い時間”だけの場合の方が「ひずみが小さい」です。
No.4
- 回答日時:
No.1 phyoncoです。
上から鋼球が速度vで落ちて来て、跳ね返った球は速度v'で反射されたとすると、運動量の変化は dp = m(v - (-v')) = mv(1+e)、eは反発係数ですが、この場合殆ど1と考えられますから、dp ~ 2 mv となります。この運動量の変化が時間dtの間に起こったとすると、アクリル板を押す力は f = dp / dt で与えられます。これが運動方程式です。fとしてなたの求めたP=75.3kgfを使えば、dt = 2* 33 * 10^(-3) * 7.7 / 75.3 = 7 * 10^(-3) s = 7 ms、というわけで、この変形現象に特徴的な時間スケールは10msのオーダーだということが分かります。ひずみ計+レコーダーの測定系は10msに較べて十分速く、例えば1msで動いている必要があるということです。返信ありがとうございます。
このレコーダではその一瞬のひずみが測定できないことがわかりました。
一瞬のひずみを測定できる装置があれば換えたいと思います。
No.5
- 回答日時:
>「一瞬」のひずみを測定しているかはわかりません.
>調べる方法がよくわからないので…すいません.
一瞬のひずみを…、というのは実際にはphyoncoさんのおっしゃる
「ひずみ計かレコーダーが遅いんじゃないですか?」
と同じことを言っています。
使用している装置で時間ごとのひずみを測定できるのなら、U字のように、鋼球が衝突した瞬間からひずみが増え始め、ある時刻を境にひずみは減り始めることが観測できるはずです。
このU字の底にあたるのが「一瞬です」
時間ごとのデータを拾えないとなると測定されたひずみのデータがどのタイミングのものか全く分かりません。
時間ごとには拾えるけれど、データの時間間隔が少し長くてUの底を完全に拾えない場合は、「内挿」や「補間」と言う方法(呼び方は二通りですが中身は同じです)によってU字の底の値を推測できます。
わかりやすい説明ありがとうございます。
一瞬なので、時間に対してのひずみのデータがわかりません。
なので時間ごとのデータも拾えないです。
装置を換えて再度実験してみます。
お探しのQ&Aが見つからない時は、教えて!gooで質問しましょう!
似たような質問が見つかりました
- 物理学 減衰振動系の測定 1 2022/06/14 22:10
- 物理学 減衰振動系の測定 1 2022/06/14 22:11
- DIY・エクステリア 鋼材を溶接し、四脚の棚を作ろうと考えています。 そこそこの重量物(数百kg)を乗せるつもりなので、荷 1 2023/02/14 21:38
- 物理学 「考える力学」の解説について 考える力学での M子さんは。友人が指先で上端をつまんでいる物差しの下端 4 2023/07/06 17:37
- 物理学 溝形鋼(チャンネル)のたわみ量 2 2023/08/10 16:25
- 政治 日本の定数人口当たり民事訴訟件数は、ドイツ、韓国の1/3しかない。 2 2023/02/02 16:11
- 建設業・製造業 鋼材のたわみに関する質問です。 たわみの許容値は鋼材の長さの1/300とのことですが、この値は安全率 2 2023/02/26 18:08
- DIY・エクステリア アクリル板に枠を付けたい 5 2023/02/09 22:25
- DIY・エクステリア 内径Φ30mmの鋼管(果樹支柱)を接続するための資材について 5 2023/06/16 10:02
- 一戸建て システムキッチンですがクリナップとハウステックでは人工大理石の種類は違うのでしょうか? 1 2022/11/06 23:28
おすすめ情報
デイリーランキングこのカテゴリの人気デイリーQ&Aランキング
-
等加速度運動の変位の公式でな...
-
速度は「速くなる」?「大きく...
-
メートル毎秒m/sについてです
-
ドリフト移動度とホール移動度...
-
慣性の法則 走行中に人間が飛び...
-
峠
-
力学・v-tグラフの面積がなぜ移...
-
波長が50nmの光子と同じエネル...
-
物理基礎 高一 相対速度と車間...
-
物理:相対速度
-
物理の教科書で最初の公式 s = ...
-
彼の運転について
-
引張速度が引張試験に及ぼす影響
-
投石機(スリング)で石を投げ...
-
簡単な高校物理の問題だと思う...
-
初速度と力
-
力学の台と小球の問題
-
運動量と力積について
-
「陽」という言葉の意味が分か...
-
中学3年の内容の等速直線運動・...
マンスリーランキングこのカテゴリの人気マンスリーQ&Aランキング
-
等加速度運動の変位の公式でな...
-
【至急】衝突時間ってどうやっ...
-
力学・v-tグラフの面積がなぜ移...
-
物理の教科書で最初の公式 s = ...
-
慣性の法則 走行中に人間が飛び...
-
あるくのがはやい
-
速度は「速くなる」?「大きく...
-
速さは速度の絶対値?
-
物理の問題で速さを求めよとい...
-
100mで10秒と11秒の距離の差は?
-
メートル毎秒m/sについてです
-
重力加速度
-
制動距離が速度の2乗に比例す...
-
12kmを普通の自転車で行ったら
-
Allegretto moderato とは??
-
ドリフト移動度とホール移動度...
-
台車を押す力 (物理?)
-
「速く移動すると時間の進み方...
-
「陽」という言葉の意味が分か...
-
電圧の単位V(ボルト)の表記につ...
おすすめ情報