Elasticiteitsmodulus bepalen

Jacqueline stelde deze vraag op 19 april 2020 om 04:59.

 Hallo,

Ik moest voor Natuurkunde opdrachten maken over een applet waarmee je de elasticiteitsmodulus van materialen kan bepalen. Ik heb alle data al uitgerekend en nu wordt van mij gevraagd om een grafiek te maken die het verband tussen de rek en spanning goed weergeeft, maar ik loop hier al mee vast. Daarna wordt verteld dat "de grafiek die het verband tussen rek en spanning goed weergeeft, een rechte lijn is die niet door de oorsprong gaat. Volgens de theorie is de rek recht evenredig met de spanning." Dit kan toch echter helemaal niet want de want als de rek recht evenredig met de spanning is gaat hij toch juist door de oorsprong?

Reacties

Theo de Klerk op 19 april 2020 om 08:37
De definitie is dat σ = E ε en dit is, tot het materiaal gaat vervormen (vervloeid), een rechtevenredig verband van type y = mx . Een rechte lijn door de oorsprong. Immers zonder rek ε ook geen spanning σ. (https://nl.m.wikipedia.org/wiki/Elasticiteitsmodulus
E is de helling in een σ,ε grafiek.

Maar veel hangt af van hoe de meetopstelling is. Daar zeg je niks over maar uit kolommen "massa", "stand schroef" vermoed ik een opstelling waarbij een massa aan een draad hangt? Dan is zonder massa de uitrekking niet geheel nul omdat de draad zelf ook massa heeft en daardoor al zichzelf een beetje uitrekt (vgl een onbelaste hangende veer). Al is dit verschijnsel zo klein dat een grafiek dit niet goed zal tonen: de rek zal in de marge van de meetfoutgrootte (de "ruis") vallen.
Jacqueline op 19 april 2020 om 09:14
Dus wat u met het eerste stukje bedoeld is dat de elasticiteit zegmaar later van pas komt en daardoor niet in de beginnen door de oorsprong gaat? 

Sorry. De meetopstelling is een statief waar een draad aan vastgemaakt en je een massa aan kan hangen. Een apparaat is hieraan bevestigd wat de lengetveranderingen meet, en door het gewicht van de massa rekt de draad uit. Dit zorgt ervoor dat een waterpas schuin komt te liggen en om deze weer horizontaal te leggen wijzig je de stand van een schroefje. De verplaatsing van de schroef = de uitrekking van de draad.

De massa van de draad wordt echter niet gegeven. Het enige wat ik heb is dat de gemiddelde diameter 0,544, de lengte 4 meter is en dat het van koper is gemaakt.


Dit is het applet wat ik gebruik (https://applets.sysnat-online.nl/elasticiteitsmodulus/index.html)
Theo de Klerk op 19 april 2020 om 09:18
Ik zeg alleen dat zonder rek er geen spanning (trek) is. Niet dat het "later van pas" komt (wat je daar ook mee bedoelt)
Jacqueline op 19 april 2020 om 09:22
Dus de rek hoort eigenlijk ook gewoon 0 te zijn in mijn tabel bij 0,0 kg?
Theo de Klerk op 19 april 2020 om 09:27
Bij y = mx hoort y=0 voor x=0. De opdracht suggereert y = mx + a en dan doorsnijdt de lijn de y-as bij y=a .

Aan de verwijzing te zien hoort dit bij Systematische Natuurkunde. 
Ik begrijp de app niet. Wat geeft die aanwijzer langs de draad aan?
Jacqueline op 19 april 2020 om 09:35

De opdracht vraagt trouwens dat ik het in dit figuur teken, maar dat kan toch niet met de gegevens die ik heb? En wat hoort wat te zijn in y=mx+a?

En ja de methode is Systematische Natuurkunde. De micrometer langs de draad geeft de diameter van de draad in mm aan.
Theo de Klerk op 19 april 2020 om 09:44
Wat a is in y=mx+a zie je als je de meetgegevens uitzet.

Je geeft in je tabel de ε en de σ, dus beide waarden van de y- en x-as. Dat kun je dan toch zo uitzetten?

De spanning (gewicht aanhangende massa/doorsnede draad) is dus anders op verschillende stukken draad omdat de diameter blijkbaar niet hetzelfde is (wat je ook ziet bij een elastieke band: het midden wordt eerder opgerekt/vervormd dan de uiteinden)
Jacqueline op 19 april 2020 om 10:05
Maar de gegevens zijn toch of te klein of te groot om in de grafiek te zetten? Ik weet niet met hoeveel ik het zou mogen vermenigvuldigen om het goed in de grafiek te kunnen weergeven. Ik ben niet goed met gegevens in- en uit- een grafiek te zetten/halen. 

Voor de diameter werd ons dus ook verteld dat we het gemiddelde van 5 metingen mochten nemen. Dit was 0,544
Jan van de Velde op 19 april 2020 om 10:42
Wat betreft die oorsprong, ik denk dat dat relatief simpel is: Dat apparaat met die schroef heeft ook een (nog onbekende) massa en spant de draad dus al voor, want met een schroefstand 0 en een (aangehangen) massa 0 staat de waterpas niet waterpas. Een massa 0 geeft bij mij al een schroefstand (= uitrekking) van 0,6 mm. 

Als je een grafiek maakt van aangehangen massa tegen uitrekking kun je door extrapoleren die onbekende massa van dat schroefapparaat bepalen. 

Groet, Jan
Jacqueline op 19 april 2020 om 11:02
U heeft gelijk. Dat de waterpas al meteen schuin stond merkte mij ook al op maar wat dit uiteindelijk gewoon vergeten. Ik ben wel bereid om die grafiek te maken om de onbekende massa te vinden, maar ik weet niet zozeer hoe ik de gegevens van de rek en spanning in een overzichtelijke grafiek kan zetten.
Theo de Klerk op 19 april 2020 om 11:14
>ik weet niet zozeer hoe ik de gegevens van de rek en spanning in een overzichtelijke grafiek kan zetten. 

Gewoon:  x tegen y uitzetten zoals elke eerste klasser wiskunde zou moeten kunnen doen. En als je het een ander wil laten doen: voer de gegevens in Excel in en laat dat programma een beste rechte lijn door de punten tekenen (als je tenminste vertrouwd bent met Excel - dit is niet het forum om je allerlei andere programma's te leren gebruiken).

(en bij antwoorden: copieer niet steeds de vorige reactie mee als je daaruit niet iets aanhaalt waarover je een opmerking wilt maken)
Jan van de Velde op 19 april 2020 om 11:17
je denkt allemaal veel te moeilijk 



maak hier eens een grafiekje van, massa horizontaal, schroefstand verticaal, en zorg dat je op de horizontale as ook links van de 0 nog kunt tekenen. 

lees dan na extrapoleren tot schroefstand = 0 de bijbehorende massa af. Zien we daarna wel verder...
Jacqueline op 19 april 2020 om 11:48
Hij komt ongeveer uit bij -0,9... is 0,9 kg dan de massa van het apparaat? 
Jan van de Velde op 19 april 2020 om 13:04
zet er in het vervolg grootheden en eenheden bij je assen
en vooral: zorg ervoor dat stapgroottes op de assen gelijk zijn

als je knikken of kronkels in een natuurkundige grafiek krijgt maak je bijna altijd een of andere fout: in de (macro)natuur verloopt er niks met knikken, altijd recht, of een vloeiende kromme.



Als je deze opnieuw tekent, maar nu eens met twee hokjes per kg massa, kun je vrij nauwkeurig die eigen massa van dat schroefapparaat aflezen. 


ten slotte is het een veel gebezigde goede gewoonte om wat jij verandert (de onafhankelijke variabele, de oorzaak, hier de massa) op de horizontale as te plaatsen, en de afhankelijke variabele (het gevolg, hier de uitrekking) op de verticale as. maar dat is geen wet, zo kan het ook.
Jan van de Velde op 20 april 2020 om 13:19

Plaats een reactie

+ Bijlage

Bevestig dat je geen robot bent door de volgende vraag te beantwoorden.

Roos heeft zevenentwintig appels. Ze eet er eentje op. Hoeveel appels heeft Roos nu over?

Antwoord: (vul een getal in)