Для решения данной задачи воспользуемся формулой для модуля упругости при сдвиге:
E = (τ·L) / (Δφ·d),
где E — модуль упругости при сдвиге,
τ — крутящий момент,
L — расстояние между сечениями,
Δφ — разность углов поворота двух сечений,
d — диаметр стержня.
Из условия задачи известны следующие значения:
L = 100 мм = 0,1 м,
Δφ = 3,8 мм,
d = 10 мм.
Необходимо найти значение крутящего момента τ.
Для этого воспользуемся формулой:
τ = F·r,
где F — величина сдвига, r — радиус стержня.
У нас диаметр стержня d = 10 мм, значит его радиус:
r = d / 2 = 10 мм / 2 = 5 мм = 0,005 м.
Также из условия задачи известно, что каждый раз приращение крутящего момента составляет 15 кгсм. Найдем количество приращений N, необходимых для изменения τ:
N = τ / 15,
где τ — крутящий момент, измеренный в кгсм. Преобразуем это значение в ньютоны:
1 кгсм = 9,80665 Н·м,
значит 15 кгсм = 15·9,80665 Н·м = 147,09975 Н·м.
Таким образом:
N = 147,09975 Н·м / 15 Н·м = 9,80665.
Так как среднее значение разности приращений равно 3,8 мм, значит общий сдвиг F будет равен:
F = Δφ·N.
Подставляя известные значения:
F = 3,8 мм · 9,80665 = 37,84957 мм.
Если перевести данное значение в метры, получим:
F = 37,84957 мм / 1000 = 0,03784957 м.
Таким образом, мы нашли величину сдвига F. Теперь можем вычислить крутящий момент:
τ = F·r = 0,03784957 м·0,005 м = 0,00018924785 м².
Используя найденное значение крутящего момента, а также значения L, Δφ и d, можем найти модуль упругости при сдвиге:
E = (τ·L) / (Δφ·d) = (0,00018924785 м²· 0,1 м) / (3,8 мм·10 мм) = 0,000018924785 м² / (0,038 мм· м) = 4980,68 Н/м².
Таким образом, модуль упругости при сдвиге составляет 4980,68 Н/м².