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ユーイングの装置を使用して、ヤング率を測定しました。
その時に、おもりを1つずつ増やしていったのですが、
最初の測定値(ユーイング装置のスケールの目盛り)は、吊金具に重りをつけていない状態ではなく、最初から重り(250g程度)をつけて測定しました。

これはなぜでしょうか?
重りをまったくつけていない状態を最初の値として、それからおもりを増やしていくのでは不都合があるということですか?
宜しければ教えて下さい。よろしくお願いします。

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A 回答 (1件)

基礎物理実験を思い出しました。

ユーイングの装置を使いました。
昔の話です。
下記URLに同じ様な質問が有ります。参考にしてください。
http://hooktail.maxwell.jp/bbslog/5050.html
http://hooktail.maxwell.jp/bbslog/7703.html

回答者の答えに付け加えて、初期に錘を載せて測るのは、
測定する棒の捻れや変形などにより置き方が不適切になることが有り、
それを除去するためではと考えます。
初期非線形領域という意見もありますが、これは???と考えます。
引っ張り試験とユーイングの装置の試験に付いての感想が有りますが、
測定に電子機器が使えない時代は光テコを使ったこの装置の方が
より高い精度でヤング率を求めることが出来たのではないかと思います。
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たとえば、銅の棒の両端を支えて、中心に力を加えるとたわみますよね?
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>そこで、質問なんですけど、ヤング率の値が変化する原因を教えてください。

どういう状況で変化するのか教えてくれると、回答がつくと思います。
今思いつくのは、塑性化が発生していることの他は(弾性範囲では)、以下のような物です。

一般に
応力=ヤング係数×ひずみ
応力=荷重/断面積
から、
荷重=ヤング係数×ひずみ×断面積
です。

一般に断面保持の仮定(断面は一定)の下で解析しますのですが、加力を続けていくと断面の減少などが起こり、断面積が変化します。
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Qマイケルソン干渉計の歴史的意義って?

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Aベストアンサー

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それで、
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結果、(1)と(2)(アインシュタイン特殊相対論)を残したというのが歴史的意義です。

Qヤング率測定実験における尺度変化の平均値の算出法について

先日ユーイングの装置を使ったヤング率の測定実験を行ったのですが、
おもりの増加・減少による試験棒(鉄)のたわみの大きさの尺度変化の平均値を求める計算で
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何故a、b、c、d、e、fを足して5で割るという方法ではなくわざわざこのようなやり方をしたのでしょうか。
調べてみるとd-a、e-b、f-cはそれぞれ「おもりの質量の中央値に対する変化」らしいのですがどういうことかわかりません。
解説や考えるヒントを教えて下さい。

Aベストアンサー

言われてみると「なあんだ」ということになるかと思います。
あと一つ確認なのですが、a~fはたわみの読みそのものなのかその差分なのか質問文ではっきりしません。もし直接の読みだとすると、a~fを足して5で割って得られた数字には物理的な意味がないことになります。直接の読みでなく差分であればd-a, e-b, f-cを作って平均するとほとんどゼロになってしまいます。念のためご確認下さい。

以下は本サイトで、以前に私が類似の質問に答えた内容を再編集したものです。

さておもりを全く乗せないときのたわみ量をy[0]、一つ乗せたときのそれをy[1]、以下n個乗せたときのそれをy[n]とします。

最初のおもりを乗せたときのたわみ量の増分は
y[1]-y[0]   (1)
次のおもりを乗せたときの増分は
y[2]-y[1]   (2)
その次のおもりについては順に
y[3]-y[2]   (3)
y[4]-y[3]   (4)
となります。
sumosb004さんの実験では5個までおもりを乗せていますから、増分の最後は
y[5]-y[4]   (5)
となります。

さて200gのおもりに対するたわみ量のデータが5つ得られましたので、これを平均してみましょう。(1)~(5)を足して5で割ればよさそうなのですが・・・
{y[1]-y[0]+y[2]-y[1]+y[3]-y[2]+y[4]-y[3]+y[5]-y[4]}÷5
={y[5]-y[0]}÷5   (6)
となって、実際に活用されているデータはy[5]とy[0]だけ、すなわち2点だけで平均を取っていることになってしまいます。y[1]~y[4]はせっかくデータを取ったのに計算に入ってきていません。

これは差分データを取って最後に平均するときにしばしば遭遇する落とし穴です。
ではどうすればよいのかというと以下のようにやります。データは加算か減算かで1回だけ使い、差し引きでデータが消えてしまわないようにするのです。

今回はおもりを5個乗せていますから、y[0]~y[5]までの6つのデータがあります。それを上半分(y[5]~y[3])と下半分(y[2]~y[0])の2グループに分け、以下のように組み合わせて
y[5]-y[2]   (7)
y[4]-y[1]   (8)
y[3]-y[0]   (9)
の3つの差分を作ります。いずれもおもり3個分に対するたわみ量の増分に相当し、sumosb004さんのおっしゃるd-a, e-b, f-cに(おそらく)対応します。これを図的に表すと下のようになります。(等幅フォントでご覧下さい)

y[0] y[1] y[2] y[3] y[4] y[5]
─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼─┼
     ┗━━━━━┛→(7)
   ┗━━━━━┛→(8)
 ┗━━━━━┛→(9)

(7)~(9)を足して平均をします。この平均は
(y[5]-y[2]+y[4]-y[1]+y[3]-y[0])÷3   (10)
ですから、(6)のように差し引きで消えてしまうことはありません。ただし(10)はおもり3個分に対する歪みの増分ですから、おもり1個分に換算するにはさらに3で割って下さい。

あとは計算式に当てはめればヤング率を求めることができます。
またNo.1で「線形性からのずれ」の指摘がありますが、上記の説明を読めばそれはせいぜい副次的な問題でしかないこともお分かりかと思います。

参考URLのページなどもぜひ読んでみて下さい。
http://www.kdcnet.ac.jp/buturi/kougi/buturiji/young/exp1.htm

参考URL:http://www.kdcnet.ac.jp/buturi/kougi/buturiji/young/exp1.htm

言われてみると「なあんだ」ということになるかと思います。
あと一つ確認なのですが、a~fはたわみの読みそのものなのかその差分なのか質問文ではっきりしません。もし直接の読みだとすると、a~fを足して5で割って得られた数字には物理的な意味がないことになります。直接の読みでなく差分であればd-a, e-b, f-cを作って平均するとほとんどゼロになってしまいます。念のためご確認下さい。

以下は本サイトで、以前に私が類似の質問に答えた内容を再編集したものです。

さておもりを全く乗せないときのた...続きを読む

Qヤング率の単位について

MKS単位系では、N/m^2(ニュートン毎平方メートル)ですがこれをCGS単位系dyne/cm^2に変換したいんですが、1N/m^2=何dyne/cm^2になりますか?お教え願います。
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Aベストアンサー

1[N]=10^5[dyne]
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です。よって、

1[N/m^2]=10^5/10^4[dyne/cm^2]
=10[dyne/cm^2]

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1[GPa]=10^10[dyne/cm^2]

と覚えておくと便利です。

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Aベストアンサー

「熱の流れ」もそうじゃなかったっけ.

Q誤差の求め方

Searleの実験で針金の最初の長さを求める際、定規で一回だけ針金の長さ(lとします)を測定しました。

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Aベストアンサー

ゼロではないというのは、系統誤差、測定誤差、過失誤差などのことを言っているのでは?

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Qヤング率の実験について

ヤング率を求めるために使用したユーイングの装置に重り(200g)をかけ、これを1つずつ増やして6個までのせ、次は一つずつ減らし尺度望遠鏡で尺度目盛りを読んでいきました。
かなり正確に実験できたと思うのですがどうしても理想値に合致しません。考えられる原因は何だと思いますか?温度や実験装置の問題でしょうか。先生に見せたのですが計算はあってました。

Aベストアンサー

光のてこで 降下した値は読んでおられるので除外して、

それ以外の実験で用いられた値の精度はいかがでしょう?

おもりによる尺度の読みの変化: Δy cm
鏡と尺度の距離: X cm
鏡の支点間距離: z cm
試験棒の厚さ: a cm
試験棒の幅: b cm
試験棒の支点間距離: L cm

おもり: M g

厳密に
重力加速度: g=980


E=L^3/(4a^3*b)*M*g/e

e:中点効果=zΔy/2x
を の式に代入して ヤング率 E を求めることになるようですが、

それらの、測定精度はいかがでしょうか?
厳密に重力加速度も日本では微妙に違います。
調べてみてください。

参考URL:http://www.osaka-kyoiku.ac.jp/~masako/exp/ewing/

Qヤング率について・・・

明日、卒研発表で困っています。
ヤング率が、「伸びと力の関係から求められる定数で、その物体の歪みにくさをあらわす」だということを調べたのですが、説明しずらいので、もうすこし分かりやすい言い方をご存知の方はお願いします。

Aベストアンサー

> ヤング率について・・・

---------------
【 答その1 】

簡単に言えば「材料のたわみ難さ」のことで、普通一般においては、
【 剛性 】と言う言葉で、表現されているものである。

---------------
【 答その2 】

「加えた力を、単位(面積)で割った値」を、「応力」とし、
「伸び量を、単位(長さ)で割った値」を、「歪率」とした時、
「応力」を「歪率」で割った値が、「ヤング率」と呼ばれる値である。

---------------
【 答その3 】

材料の弾性限度内において、
「単位(面積)当たりに加えた力」を、その時点での、
「単位(長さ)当たりの伸び量」で割った値を、「ヤング率」と呼ぶ。

---------------
「 ヤング率 」
http://ja.wikipedia.org/wiki/%E3%83%A4%E3%83%B3%E3%82%B0%E7%8E%87
「 剛性と強さ 」
http://okweb.jp/kotaeru.php3?q=65704

> ヤング率について・・・

---------------
【 答その1 】

簡単に言えば「材料のたわみ難さ」のことで、普通一般においては、
【 剛性 】と言う言葉で、表現されているものである。

---------------
【 答その2 】

「加えた力を、単位(面積)で割った値」を、「応力」とし、
「伸び量を、単位(長さ)で割った値」を、「歪率」とした時、
「応力」を「歪率」で割った値が、「ヤング率」と呼ばれる値である。

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【 答その3 】

材料の弾性限度内において、
「単位(面...続きを読む

Q電磁波は横波?

電磁波は電界と磁界が交互に変化してるのが波動として伝わっているみたいですが、交互に変化しているなら縦も横もないような気がします。
しかし、電磁波は横波だと聞きました。一体何を基準に縦波か横波かを決めているのでしょうか?

Aベストアンサー

多分、電場と磁場がベクトル量だということをご存知ないのではないでしょうか。
ベクトル量というのは、色々言い方がありますが、「向きと大きさを持つ量」です。あるいは、簡単なイメージとしては、「ベクトルとは矢印のこと」です。矢印の向きがそのベクトルの向きを表し、矢印の長さがそのベクトルの大きさを表します。
電場というのはベクトル量、より正確には「ベクトル場」です。空間の各点に、ベクトルが定められています。磁場も同じです。その変化の伝播が電磁波です。

空間のベクトルは、一般に3つの数値、すなわちx成分、y成分、z成分で表すことができます。というのは、矢印の始点を座標原点に置いてみたときの、終点(矢印の先端)の座標(x,y,zの3つの数字)を使うことで、その矢印の向きと大きさを表すことができるからです。
いま、たとえば「z方向に進行する電磁波」があったとします。このとき、電場のx成分、y成分は空間的・時間的に振動している(波として伝播している)のですが、電場のz成分は変化していません。
これが電磁波が横波であるという意味です。


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