Дорошев Василий Петрович : другие произведения.

Динамометр - электромагнитное устройство

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:
Школа кожевенного мастерства: сумки, ремни своими руками
 Ваша оценка:

Дорошев В.П.

Динамометр - электромагнитное устройство

     Предлагаю простой опыт по установлению электромагнитного характера сил упругости.
     С помощью динамометра из стальной проволоки  площадью сечения s и длиной l находим удлинение Δl под действием силы p = mg, создаваемой  грузом массой m (Рис.1).
    В соответствии с законом Гука [1] механическое напряжение σ =p/s в проволоке пропорционально деформации ξ=Δl/l:

σ= Eξ,

где, Е - модуль Юнга .
    Механическое напряжение

σ = 4mgd2 (1)

действует во всех точках проволоки и компенсируется равной ему напряжённостью σ1,  возникающей в кристалле железа

σ1 = Δf/r12(2),

  где,  Δf - сила упругости при растяжении проволоки;
 r12 - площадь ячейки кристалла;
r1 = 2,87* 10-10 м - постоянная решётки кристалла железа [2] ;
    Сила упругости Δf определяется изменением  кулоновской силы f = e2/4πεr-2взаимодействия иона и "электронного газа" при растяжении. Найдём её, дифференцировав f по r, иучитывая,что dr/r = ξ

Δf =   2e2/4πεr-2 ξ

где, r ≤ 1,2r1/2 = 1,72*10-10 м , - длина металлической связи, как среднее расстояние между ядром иона железа и свободными электронами проводимости;;
    e -заряд электрона
     ε = 8,85*10-12, Кл2/Нм2 - электрическая постоянная вакуума,
    Используя (2) получим

σ1 = 8e2/4πεr4 ξ  (3).

    Поскольку σ =σ1 , найдём действующий заряд металлической связи железа

e = 1,2r2 (8g/πk)0,5 (m/ξd2)0,5 = 1,29 10-24(m/d ξ)1/2  , Кл (4).

где k =9*109

При m = 1кг, d2 = 10-6 м, ξ =6 6+/-1 *10-5 , получим e = 1,68+/-1 0,13*10-19 Кл.
     Выводы.    
     1. Законы Гука и Кулона справедливы и на макро- и на микро- масштабах.
     2.Модель сил упругости стали - кулоновская.
     3.Простой динамометр позволяет наглядно продемонстрировать факт: в основе механики лежит электромагнетизм.
     4.Имея микрометрическую головку, килограммовую гирю и метровый кусок стальной проволоки можно оценить величину фундаментальной физической константы.
     Март 2023


 Ваша оценка:

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"