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4. Zusätzlich erforderlich
Für den Aufbau:
1 H-Fuß
3 Stativstangen, 750 mm, 12 mm Ø
1 Muffe, vierkant
1 Stiel mit Haken
Für die dynamische Messung:
1 Stoppuhr
5. Versuchsbeispiele
5.1 Statische Messung im elastischen Bereich
•
Versuchsaufbau gemäß Fig. 1 durchführen.
•
Kreisscheibe mit ihrem Spannfutter gegenüber
dem Gegenlager auf gleicher Höhe aufbauen.
Dabei auf waagerechte Ausrichtung und exakte
Orientierung der gegenüberliegenden Spann-
futter achten
•
Torsionsstab unverdrillt zwischen den beiden
Spannfuttern einspannen; dazu den H-Fuß auf
die richtige Länge bringen.
•
Nullpunkt der Winkelskala einstellen. Dazu die
vordere Rändelschraube am Gegenlager leicht
lösen und Stab drehen. Rändelschraube wieder
fest ziehen.
•
Umlenkrolle an der Stativstange befestigen.
Darauf achten, dass die Umlenkrolle auf der-
selben senkrechten Ebene wie die Kreissschei-
be platziert ist.
•
Kraftmesser mittels der Vierkantmuffe und
dem Stiel mit Haken über der Umlenkrolle auf-
hängen.
•
Hanfbindfaden an der Kreisscheibe befestigen,
durch die Rille und über die Umlenkrolle füh-
ren und am Kraftmesser befestigen.
•
Die auf die Kreisscheibe wirkende Kraft und
damit das Drehmoment durch Verschieben der
Umlenkrolle entlang der Stativstange in Schrit-
ten von 0,1 N erhöhen und die sich einstellen-
den Torsionswinkel ablesen.
•
Drehmoment in Abhängigkeit des Torsionswin-
kels grafisch darstellen.
Der Experimentieraufbau gewährleistet hierbei
immer ein senkrechtes Einwirken der Kraft, da der
Faden tangential zur Kreisscheibe verläuft. Damit
kann das wirkende Drehmoment nach der einfa-
chen Formel
=
⋅
M
F
r
ermittelt werden.
Es ist darauf zu achten, dass die Kraft nicht zu stark
erhöht wird, damit der elastische Bereich der Ver-
formung nicht verlassen wird (je nach Material
unterschiedlich). Wenn die Kreisscheibe nach der
Entlastung in die Nulllage zurückkehrt, ist der
elastische Bereich nicht überschritten worden.
Im elastischen Bereich ist das wirkende Drehmo-
ment M dem Torsionswinkel ϕ proportional. Dieser
8611130
Zusammenhang läßt sich wie folgt darstellen:
8611340
8613180
M
8615110
Der Proportionalitätsfaktor D
größe. Diese physikalische Größe ist vom Material
und den Abmessungen des Drahtes abhängig. Sie
8533135
kann aus dem Anstieg der Geraden im Diagramm
bzw. dem Quotienten aus dem Drehmoment M und
dem Torsionswinkel ϕ ermittelt werden:
D
W
Die Winkelrichtgröße D
der Länge des Drahtes ab und mit dem Durchmes-
ser des Drahtes zu.
5.1.1 Ermittlung der Elastitätsgrenze
•
•
•
Kehrt die Kreisscheibe nach der Entlastung nicht
mehr bis zum Winkel von 0° zurück und es ver-
bleibt eine geringe Restverformung, wurde die
Elastizitätsgrenze überschritten.
Die erzielten Torsionswinkel und Drehmomente
hängen vom Material und der Geometrie (Länge
und Durchmesser des untersuchten Drahtes) ab.
Wird die Elastizitätsgrenze überschritten, verlaufen
die Messwerte nicht mehr auf einer Geraden. Es
tritt eine plastische (bleibende) Verformung des
Drahtes auf.
5.2 Statische Messung im plastischen Bereich –
•
•
•
Auch bei vollständiger Entlastung tritt noch ein
Torsionswinkel auf, der Draht ist um einen ent-
sprechenden Betrag plastisch verformt worden.
•
2
=
ϕ ⋅
D
.
W
= M/ϕ
eines Materials nimmt mit
w
Torsionsgerät wie unter 5.1 beschrieben auf-
bauen.
Durch Verschieben der Umlenkrolle Kraft in
Schritten von 0,1 N erhöhen und die sich ein-
stellenden Torsionswinkel ablesen.
Nach jedem Erhöhungsschritt der Kraft durch
Abnehmen des Federkraftmessers die Kreis-
scheibe entlasten und den Winkel von 0° als
Ruhestellung kontrollieren.
Mechanische Hysterese
Torsionsgerät wie unter 5.1 beschrieben auf-
bauen.
Durch Verschieben der Umlenkrolle Kraft in
Schritten von 0,1 N erhöhen und die sich ein-
stellenden Torsionswinkel ablesen.
Nach Erreichen eines Torsionswinkels von 180°
die Kraft wieder in Schritten von 0,1 N verrin-
gern.
Jetzt den Faden in der entgegengesetzten Rich-
tung um die Kreisscheibe legen, so dass die
ist die Winkelricht-
w
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