МОШ ПО ФИЗИКЕ Слесарь зажал латунную трубку между шляпкой винта и гайкой, закрутив гайку на α=10о от свободного положения. Длина трубки l=10 см, шаг нарезки винта h=1 мм, а площади поперечного сечения винта и трубки равны Sв=40 мм2 и Sт=20 мм2 соответственно.
Рассчитайте с какой силой трубка давит на шляпку винта. Дайте ответ в кН с округлением до сотых долей. Модуль Юнга стали, из которой изготовлен винт, Eст=210 ГПа, модуль Юнга латуни Eл=100 ГПа.
Коэффициент жесткости k продолговатой детали постоянного сечения может быть рассчитан как:
k=ESl ,
где E – модуль Юнга материала, из которого изготовлена деталь, S – площадь ее поперечного сечения, l – ее длина.
Число Конструкцию нагрели на ΔT=100∘ C. Какая сила возникает между шляпкой винта и трубкой в этом случае? Дайте ответ в кН с округлением до сотых долей. Коэффициент теплового расширения стали αст=12 ∙10−6 ∘ C−1 , меди - αм=17 ∙10−6 ∘ C−1 .
Для начала найдем жесткость винта и трубки:
kв = Eст Sв / l = 210 40 / 10 = 840 Н/мм
kт = Eл Sт / l = 100 20 / 10 = 200 Н/мм
Теперь найдем изменение длины винта и трубки при деформации:
Δlв = h / tan(α)
Δлт = h / tan(α)
Δlв = 1 / tan(10°) = 5.76 мм
Δлт = 1 / tan(10°) = 5.76 мм
Теперь найдем силу, с которой трубка давит на шляпку винта:
F = (kв Δlв + kт Δлт) / 2 = (840 5.76 + 200 5.76) / 2 = 3628 Н
Ответ: сила, с которой трубка давит на шляпку винта, равна 3628 Н или 3.63 кН.
Далее найдем изменение длины винта и трубки при нагревании:
Δlв = αст l ΔT = 12 10^-6 10 100 = 0.012 мм
Δлт = αм l ΔT = 17 10^-6 10 100 = 0.017 мм
Теперь найдем силу, с которой трубка давит на шляпку винта после нагрева:
F = (kв Δlв + kт Δлт) / 2 = (840 0.012 + 200 0.017) / 2 = 3.138 Н
Ответ: сила, с которой трубка давит на шляпку винта после нагрева, равна 3.138 Н или 0.00314 кН.