М. С. Омаров биоматериалдар биотехнологиясы тағамдық және биотехнологиялық мамандықтарының студенттеріне арналған Зертханалық практикум



жүктеу 0.53 Mb.
бет2/2
Дата21.04.2019
өлшемі0.53 Mb.
түріПрактикум
1   2

Сұрақтар мен тапсырмалар

1 Пуазейль формуласын жазыңыз.

2 Оствальд вискозиметрі не болып келеді?

3 Тұтқырлықты Оствальд әдісімен анықтау үшін формула шығарыңыз.

4 Осы әдіспен сұйықтың тұтқырлығын өлшеген кезде қандай шарттар орындалуы керек?

5 Лабораториялық вискозиметрдің құрылғысы мен жұмысының принципін суреттеңіз.

6 Лабораториялық вискозиметрдің көмегімен сұйықтың тұтқырлығын анықтау үшін есептік формуланы жазыңыз.
Өздік бақылау үшін тапсырмалар

1 Пуазейль формуласын көрсетіңіз:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .
2 Кинематикалық тұтқырлықтың СИ бірлігін көрсетіңіз:

а) Па;


б) Па·с;

в) Па·м;


г) м/с;

д) м2/с.


3 Оставальд вискозиметрі мен лабораториялық вискозиметрде капиллярлы түтікшелер бойынша сұйықтың ағуы не үшін қолданылады:

а) ағыс жылдамдығының ұлғаюы;

б) сұйық көлемінің кішіреюі;

в) ағыс жылдамдығының төмендеуі;

г) ламинарлы ағыстың пайда болуы;

д) турбулентті ағысты құру үшін.


4 Сұйықты қыздырған кезде оның тұтқырлығы:

а) ұлғаяды;

б) өзгеріссіз қалады;

в) кішірейеді;

г) он есе ұлғаяды;

д) бұрыңғы деңгейде қалады.


5 Бірдей капиллярлар бойынша уақыттың тең аралықтары арасында ағатын сұйықтардың көлемдері:

а) олардың тұтқырлықтарына тура пропорционалды;

б) тұтқырлыққа кері пропорционалды;

в) сұйықтардың тұтқырлықтарына тәуелді емес;

г) олардың тұтқырлықтарының квадраттарына тура пропорционалды;

д) олардың тұтқырлықтарының квадраттарына кері пропорционалды.


3 ВИСКОЗИМЕТРЛЕРДІҢ БИОМОЛЕКУЛАЛАРЫНЫҢ МОЛЕКУЛЯРЛЫ МАССАСЫН АНЫҚТАУ
Құралдар мен жабдықтар:

Көп шарикті вискозиметр, секундомер, әр түрлі концентрациялы ерітінділердің жиынтығы.



Жұмыстың мақсаты: заттың молекулярлы массасын анықтау.
η ерітіндісінің тұтқырлығы еріткіштің η0 тұтқырлығынан маңызды түрде ажыратылуы мүмкін. Осы айырмашылықтың шамасы бойынша ерітілген заттың молекулаларының қасиеттері туралы сөз айтуға болады.

шамасы ерітіндінің меншікті тұтқырлығы деп аталады. Ол ерітіндінің концентрациясына байланысты. Бірімен бірі қатынаспайтын молекулалар үшін меншікті тұтқырлық с концентрациясына пропорционалды

мұнда ηпр – ерітілген заттың келтірілген тұтқырлығы.

Биологиялық макромолекулалар полимерлі молекулалар болып табылады, яғни иілгіш, бос қосылған тізбекті молекулалар. Олар үшін концентрацияның өсуімен ұлғаятын молекулалар арасындағы өзара қатынаспен ескермеуге болмайды. Келтірілген тұтқырлық заттардың әр түрлі концентрацияларында бірдей емес және тек кіші с сипаттамалық константалары мағынаға ие, яғни заттың сипаттамасы ретінде т тең шама болуы мүмкін.

Ньютондық емес сұйықтар үшін (1 жұмыс) Ньютонның теңдеуі орындалмайды, яғни олардың тұтқырлығы g жылдамдықтың градиентіне тәуелді. Жылдамдықтың тек кіші градиенттерінде ғана сұйық ағынында тізбекті молекуланың қодырауы болмайды.

шамасы сипаттамалық тұтқырлық деп аталады.

Ерітіндіде иілгіш тізбекті биомолекулалар гауссты түйнек формасына келеді, яғни айналу эллипсоиді түрінде келтіруге болатын ассиметриялық түйнек. Осындай молекула берілген түйнекті тіліп өтетін сұйықпен бірге айналады, яғни сұйық үшін өтіп кетпейтін болып табылады. Өтіп кетпейтін макромолекуланың сипаттамалық тұтқырлығы молекулярлы массаға тәуелді.

Белгілі бір ерітіндіде бір гомологиялық қатардағы полимерлер үшін (бір немесе бірнеше метиленді топқа ажыратылатын бірдей химиялық функциялары және біртипті құрылымы бар туыс органикалық қосылыстар топтары) келесі тәуелділік бар
(3.1)
мұнда k - тұрақты коэффициент; М - молекулярлы масса.

Деңгей көрсеткіші а полимер молекуласының формасына, домбығу деңгейіне және молекуланың өтіп кетуіне байланысты. Тұтас шартәрізді бөлшектер үшін а = 0. Макромолекуланың түйінінің ассиметриясы күшті болған сайын, соғұрлым а. үлкен. Өтіп кететін эллипсоидты үшін а = 0,5. Толығымен өтіп кететін түйін үшін а = 1. Теңдеуді (3.1) басқаша түрде жазуға болады


(3.2)
Теңдеу (3.2) логарифмдік координаттарда тура теңдеу болып келеді .

Белгілі молекулярлы массалары бар бір гомологиялық қатарлы полимерлердің бірнеше ерітінділерінің сипаттамалық тұтқырлықтарын өлшеп, және тәуелділік графигін салып , k және а коэффициенттерін анықтауға болады және сипаттамалық тұтқырлық өлшенген полимердің белгілі емес молекулярды массасын табуға болады.


Қондырғыны суреттеу

Сипаттамалық тұтқырлықты анықтау үшін көп шарикті вискозиметрді пайдалануға болады (сурет 3.1).

Ол Оставальд вискозиметрінен (2 жұмыс) ұзынырақ капиллярдың болуымен ерекшеленеді. Бұл сұйықтың өтіп кету уақытын нақты өлшеуге мүмкіндік береді. Одан басқа, үш шариктің болуы жылдамдықтың әр түрлі градиенттерін құруға мүмкіндік береді.

Сурет 3.1
Жылдамдық градиенті вискозимерде сұйықтың көтерілу деңгейіне байланысты, яғни шариктердің толтырылуына. Әрбір шарик үшін жылдамдықтардың градиенттерінің мәндері құрылғыға жалғасатын кестеде көрсетіледі. Жұмысты орындау үшін белгісіз молекулярлы массасы бар бір гомологиялық қатардың екі биополимерлердің ерітінділерін дайындау қажет. Әрбір заттың ерітінділері үш концентрацияда дайындалады.

Тұтқырлықты көпшарикті вискозиметрмен өлшеу Оствальд вискозиметрімен сияқты жүргізіледі (2 жұмыс).


Жұмысты орындау тәртібі

1 Жылдамдықтың әр түрлі градиенттерінде g үш концентрациялы биополимер ерітінділерінің тұтқырлығын өлшеңіз η.

2 Ерітінділердің келтірілген тұтқырлықтарын анықтаңыз (берілген температурада еріткіштің тұтқырлығын η0 анықтамалықтан алыңыз).

3 Тәуелділік графиктерін құрыңыз (сурет 3.2) және экстраполяция жолымен үш концентрацияда табыңыз.



Сурет 3.2
4 Тәуелділік графиктерін құраңыз (сурет 3.3) және экстраполяция жолымен сипаттамалық тұтқырлықты табыңызы . Өлшеулер мен есептеулердің нәтижелелерін 3.1 кестеге енгізіңіз.

Сурет 3.3
Кесте 3.1

с, кг/м3

g, с-1

τ1, с

τ2, с

τ3, с

, с

η, кг/(м·с)

ηпр, м3/кг

η0пр, м3/кг

[η], м3/кг































6 1-5 тапсырмаларын басқа екі биополимерлер үшін қайталаңыз.

7 Логарифмдік координаттарда тәуелділік графигін салыңыз осы ерітінділер үшін (сурет 3.4).

8 Салынған график бойынша белгісісіз полимердің М молекулярлы массасын және берілген гомологиялық қатардың а = tg α және k коэффициенттерін анықтаңыз.




Сурет 3.4
Сұрақтар мен тапсырмалар

1 Ерітіндінің тұтқырлығы деп не аталады?

2 Ерітіндінің сипаттамалық тұтқырлығы деп не аталады?

3 Ерітіндінің сипаттамалық тұтқырлығын қалай анықтауға болады?

4 Сипаттамалық тұтқырлық заттың молекулярлы массасымен қалай байланысты?

5 Теңдеуде (3.1) а коэффициенті неге тәуелді?

6 Көп шарикті вискозиметрдің ерекшеліктері қандай?

7 Заттың келтірілген тұтқырлығы деп не аталады?

8 Тұтқырлы сұйық үшін Ньютон теңдеуін жазыңыз.

9 Қандай сұйықтықтар ньютондық деп аталады?


Өздік бақылау үшін тапсырмалар

1 Ньютондық сұйық аталады:

а) тұтқырлығы жылдамдықтың градиентіне тәуелді тұтқырлық;

б) тұтқырлығы ағыс жылдамдығына тәуелді;

в) Ньютон теңдеуіне бағынбайтын;

г) тұтқырлығы жылдамдықтың градиентіне тәуелді емес тұтқырлық.


2 Ерітіндінің меншікті тұтқырлығын анықтау үшін формуланы көрсетіңіз ηуд (η – ерітіндінің тұтқырлығы, η0 - еріткіштің тұтқырлығы):

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .


3 Келтірілген тұтқырлықтың СИ бірлігін көрсетіңіз:

а) Па·с;


б) кг/м3;

в) Н/м2;

г) м3/кг;

д) өлшемсіз шама.



4 СҰЙЫҚТАРДЫҢ БЕТТІК КЕРНЕУЛІГІН АНЫҚТАУ
Құралдар және жабдықтар:

Ребиндер әдісімен беттік керілісті анықтау үшін қондырғы, зерттелетін сұйық, тамызғыш, әр түрлі концентрациялы спирт ерітінділері.



Жұмыстың мақсаты: беттік керілістің ерітінді концентрациясы мен температураға тәуелділігін зерттеу.
Сұйықтың ішінде орналасқан молекула оны қоршаған молекулалармен әрекеттеседі. Әрекеттесулер симметриялық болғандықтан, тең әсер ететін де нөлге тең болады. Беттің жанында орналасқан молекула үшін симметрия бұзылады және басқа молекулалардың әсерімен компенсацияланбаған және сұйықтың ішіне бағытталған күш пайда болады. Сондықтан молекулалардың сұйықтың тереңінен беттік қабатқа орналасуы үшін жұмыс атқару қажет.

Сыртқы күштер болмаған кезде сұйықтың молекулалары потенциалды энергияның минимумына сәйкес келетін орынды алуға тырысады, сондықтан сұйық бос жағдайда ауданның минималды ауданына ие болғысы келеді және шар формасына келеді. Беттік қабат тығызданады, бетке жанама бойынша бағытталған серпімді күштер (беттік керіліс күштері) әрекет етеді. Егер шартты түрде сұйық бетінде ұзындығы l кескінді таңдасақ (сурет 4.1), онда беттік керіліс күштері F кескінге перпендикуляр бағдарлармен суреттеуге болады.



Сурет 4.1
Беттік керіліс тең

Беттік қабаттың молекулалары сұйықтың ішінде орналасқан молекулалармен салыстырғанда үлкен потенциалды энергияға ие болғандықтан, онда сұйықтың бетінің ауданын ұлғайту үшін беттік керіліс күштеріне қарсы жұмыс жасау керек. Онда

Беттік керілісті анықтау үшін тамшылардың үзілу алу әдісін пайдаланады. Тесік немесе тік түтікшеден сұйықтың баяу ағуы кезінде тамшы пайда болады. Радиусы тесік радиусынан аз тамшы мойыны немесе перетяжка бойынша жұлынып алу өтеді. Болжанып отырғандай, жұлынып алу кезінде беттік керілістің күші

тамшының ауырлық күшіне тең

мұнда R тамшы мойынының радиусы; ρ – сұйықтың тығыздығы; V – тамшы көлемі.

Яғни
,

осыдан

(4.1)
Тамшының мойынының радиусын тәжірибе жүзінде өлшеу мүмкін емес (оны жұлып алу кезінде тамшыны фотоға түсіру кезінде ғана жасауға болады), сондықтан, тамшыны жұлып алу әдісін пайдалана отырып, салыстырмалы әдіске жүгінеді.

Егер стандартты сұйықтың беттік керілісі белгілі болса σ0, мысалы судың, онда [(4.1) формуласы] келесідей жазуға болады


(4.2)
Су мен зерттелетін сұйықтың бірдей көлемдерін алып V1, бір тамшының көлемін есептеуге болады
(су), (зерттелетін сұйық).
Бұл көріністерді сәйкесінше (4.1) және (4.2) қоя отырып, аламыз
(4.3)
(4.4)
Беттік керілісті анықтау үшін сонымен қатар ауа көпіршігінде максималды қысым әдісін пайдаланады. Беттік керіліс күштерінің әсерімен сұйықтың беттік қабаты қисаяды, бұл сұйыққа қосымша қысымның пайда болуына әкеледі. Бұл шамадан тыс қысым қисайған беттің ойыстық жағына бағытталған. Сфералық бет жағдайында шамадан тыс қысым тең
(4.5)
мұнда r – беттің қисықтығының радиусы.

Егер сұйығы бар тығызы жабылған сауытқа қақпақша арқылы ұшы сұйыққа жанасатын, ал үстіңгі ұшы ашық капиллярға енгізсе, онда қысым азайған кезде сауытта сұйыққа капилляр арқылы атмосфералық қысым әсерімен рат ауаның көпіршігі сығылады. Көбікшенің үзілу алуы уақытында сауытта қысым және шамадан тыс қысымға тең атмосфералық қысым



или (4.6)

(4.5) көрінісін пайдалана отырып, аламыз


(4.7)


Қондырғыны суреттеу

Тамшыларды үзіп алу әдісімен беттік керілісті анықтау үшін қондырғы тік штативке бекітілген тамызғыш (сурет 4.1, а) немесе сталагмометр (сурет 4.1, б) болып келеді. Тамызғыш – ол тар төмеңгі сақинасы бар шыны түтікше.





Сурет 4.1

Сурет 4.2

Түтікшенің тар бөлігі алдында тамызғыштан сұйықтың ағуы реттелетін кран бар. Түтікшеге ағатын сұйықтың көлемін өлшеуге мүмкіндік беретін бөлгіштер салынған.

Сталагмометр – шар тәрізді кеңейтуі бар шыны капилляр түтікше. Сталагмометре сұйықтың белгілі бір көлемін шектейтін А және В белгілері бар. Сталагмометрге сұйық резеңке грушамен сорылады.

Ауа көбікшесінде максималды қысым әдісімен беттік керілісті өлшеу үшін құрылғы (сурет 4.2) П. А. Ребиндермен құрастырлған.

Ол манометрмен және жабық сауытпен В қосылған сумен толтырылған аспиратордан N тұрады. В сауытын электроплиткамен жылытыла алатын суы бар стаканға салады. Температура термометрмен өлшенеді. К кранын жауып, аспиратордың кранын ашса, онда одан ағып кетеді. Бұл аспираторда қысымның төмендеуіне әкеледі, демек онымен қосылған В сауытында да. Қысымдардың кейбір айырмашылықтарында (атмосфералық және жүйе ішінде арасында) сұйыққа капилляр арқылы ауаның көбікшесі жылжытылады. Осы кезде (4.6) шарты орындалады. Δр қысымы манометрмен өлшенеді. Беттік керіліс (4.7) формуласы бойынша анықтала алады. Капиллярдың радиусын табу үшін салыстырмалы әдісті қолданады. Алдымен стандартты сұйық үшін Δр0 өлшеуін жүргізеді, оның беттік керілісі σ0 белгілі. А = r/2 шамасы берілген құрылғының тұрақтысы болып табылады және стандартты сұйық үшін өлшеулерден анықталады
(4.8)
Зерттелетін сұйықтың беттік керілісі
(4.9)
Жұмысты орындау тәртібі

1 Тамшыларды жұлып алу әдісімен беттік керілісті анықтау:

а) тамызғышты жуыңыз, оны штативке тігінен бекітіңіз және оған тазартылған судың белгілі бір мөлшерін құйыңыз;

б) кранды аша отырып, берілген көлемде су тамшыларының санын есептеңіз п0. Бақылауды үш рет қайталаңыз және табыңыз ;

в) тамызғышқа С концентрациялы спирттің ерітіндісінің сондай көлемін құйыңыз және берілген көлемде тамшылардың п санын есептңіз. Бақылауды үш рет қайталаңыз және табыңыз ;

г) басқа концентрациялы С2 және С3 спирт ерітінділерімен осындай өлшеулерді жүргізіңіз;

д) спирт ерітінділерінің беттік керілісін есептеңіз σ;

е) өлшеулер мен есептеулер нәтижелелерін 4.1 кестесіне енгізіңіз;


Кесте 4.1

п1

п2

п3



σ, Н/м















ж) сенімді ықтималдылығы р = 0,95 әрбір концентрациялы ерітінділер үшін беттік керілісті өлшеудің қателігін анықтаңыз Δσ;

з) концетрациядан спирттің беттік керілісінің тәуелділік графигін салыңыз.

2 Ауа көбікшесінде максималды қысым жасау әдісімен беттік керілісті анықтаңыз:

а) аспираторға бүйір бөлшек деңгейіне дейін суды құйыңыз;

б) ұстауышқа В тазартылған су бар сауытты салыңыз.

Капиллярдың ұшы суға 2 мм аспай салынатындай етіп, капилляры бар қақпақпен тығыз жабыңыз;

в) К кранын жабыңыз;

г) қысымның өзгеруі баяу өтіп, көбікшелердің жұлынып алынуы кезінде сұйықтықтың деңгейлерін жеңіл есептеуге болатындай етіп аспиратордың кранын ашыңыз;

д) көбікшелердің жұлынып алынуы кезінде манометрдің сол жақ тізесі бойынша есептеуді жүргізіңіз Н1. есептеуді үш рет кем емес жүргізіңіз және табыңыз;

е) көбікшелердің жұлынуын бақылай отырып, манометрдің оң жақ тізесі бойынша үш реттен кем емес есептеуді жүргізіңіз Н2 және табыңыз;

ж) есептеңіз ;

з) құрылғының тұрақты А анықтаңыз [(4.8) формуласн];

и) өлшеулер мен есептеулер нәтижелелерін 4.2 кестеге жазыңыз;


Кесте 4.2

Н11,

мм


Н12,

мм


Н13,

мм


,

мм


Н21,

мм


Н22,

мм


Н23,

мм


,

мм


Δр0,

мм. су. ст.



А,































к) В1 тазартылған су бар сауытты В2 зерттелетін сұйық бар сауытқа алмастырыңыз;

л) электроплитканы қосыңыз және әр түрлі температураларда 1 тапсырмада сияқты өлшеулер жасаңыз;

м) әр түрлі температурада сұйықтан беттік керілісті есептеңіз [(4.9) қара];

н) өлшеулер мен есептеулердің нәтижелелерін 4.3 кестеге енгізіңіз;
Кесте 4.3


t, ºC

Н11,

мм


Н12,

мм


Н13,

мм


,

мм


Н21,

мм


Н22,

мм


Н23,

мм


,

мм


Δр0,

мм. вод. ст.



σ,

Н/м




































Сұрақтар мен тапсырмалар

1 Беттік керілістің құбылысының мәні неде?

2 Беттік керіліс күші деген не және ол қалай бағытталған?

3 Беттік керілістің анықтамасын беріңіз және оны СИ бірлігіде көрсетіңіз.

4 Беттік-белсенді заттар деген не?

5 Тамшыларды жұлып алу әдісімен беттік керілісті өлшеудің мәні неде?

6 Көбікшете максималды қысым көрсету әдісімен беттік керілісті өлшеудің мәні неде?

7 Беттік керіліс температураға қалай тәуелді?

8 Беттік керілісті зерттеу қандай орынға ие?

9 Беттік керіліс ерітінді концентрациясына қалай тәуелді?


Өздік бақылау үшін тапсырмалар

1 Беттік керіліс құбылысының пайда болу себебі болып табылады:

а) шекаралас орталардың температураларының айырмашылықтары;

б) шекаралас орталардың молекулаларының қозғалысының жылдамдықтарындағы айырмашылық;

в) шекаралас орталардың молекулалары арасында,ы өзара қатынас күштерінің айырмашылығы;

г) шекаралас орталардың тығыздықтарының айырмашылығы.


2 Беттік керілісті анықтаудың формуласын көрсетіңіз:

а) ;

б) ;

в) ;

г)
3 Беттік керілістің СИ бірлігін көрсетіңіз:

а) Па·с;


б) Н·м;

в) Дж/м;


г) Н/м.
4 Сұйықтарды қыздырған кезде беттік керіліс:

а) ұлғаяды;

б) өзгеріссіз қалады;

в) кішірейеді;

г) 10% өзгереді.
5 r радиусының сұйықтың сфералық беті астында пайда болатын қосымша Δр қысым формула бойынша анықталады,:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .




5 СҮЙЕКТІ ТАЛШЫҚТЫҢ СЕРПІМДІ ҚАСИЕТТЕРІН ЗЕРТТЕУ
Құралдар және жабдықтар:

Материалдардың серпімді қасиеттерін зерттеу үшін қондырғы, сүйек талшығының үлгісі, болат үлгі, жүктер жиынтығы, сызғыш, микрометр.



Жұмыстың мақсаты: сүйек талшығы серпімділігінің модулі және болаттың серпімділік модулін анықтау.
Қожырау – дене нүктелерінің өзара орналасуының өзгеруі. Қожыраулар сыртқы күштердің әсерімен қатты денелерде пайда болуы мүмкін. Осы кезде дененің формасы мен өлшемі өзгереді және денеде серпімді күштер туындайды. Егер күштердің әсері тоқтағаннан кейін дене өзінің қалпына келсе, онда қожырау серпімді. Егер дене қалпына келмесе, онда қожырау пластикалық. Салыстырмалы қожырау ε тең

мұнда х – дененің бастапқы өлшемі; Δх – осы өлшемнің өзгеруі.

Қысу мен созу қожыраулары кезінде механикалық кернеуге тең



мұнда FУПР - серпімді күш; S – дененің тілік ауданы.

Серпімді қожыраулар үшін Гук заңы сәйкес келеді:


немесе (5.1)
мұнда Е – серпімділік модулі (Юнг модулі).

Δх = х кезігде серпімділік модулі . Осыдан Юнг модулі бірге тең салыстырмалы қожырау кезінде денеде туындайтын механикалық кернеуге тең, яғни дененің екі есе өлшемдерінің ұлғаюы кезінде.

Механикалық кернеудің салыстырмалы қожырауға тәуелділігі 5.1 суретте көрсетілген. Салыстырмалы түрде үлкен емес мәндерде қожырау серпімді сипатқа ие, ол графикте тура пропорционады тәуелділікпен көрсетіледі (аймақ ОБ). Осы кезде Гук заңы орындалады. Қожырау серпімді сипатты сақтап қалатын ең үлкен механикалық кернеу серпімділік шегі деп аталады. Кернеудің келесі ұлғаюы кезінде қожырау пластикалық сипатқа ие (аймақ ВС), және кернеу кезінде σпр (беріктік шегі) үлгінің бұзылуы өтеді.

Сүйек талшығының құрылысы жеткілікті түрде күрделі. Оның құрамына органикалық материал енеді, басты түрде коллаген, және кальций, фосфор және т.б. тұратын неорганикалық қосылыстар. Коллаген сүйекте фибриллаларды түзеді - жіңішке ұзын жіптер. Органикалық емес заттардың кристаллдары фибриллалар арасында орналасқан және оларға берік бекітілген.

Сурет 5.1
Осындай күрделі құрылым сүйек талшығының механикалық қасиеттерін анықтайды - серпімділік және иілгіштік. Сүйек талшығының серпімділік модулі оның компоненттерінің серпімділік модульдері арасында аралық мәнге ие және олардың пайыздық мазмұнына маңызды түрде тәуелді.

Эксперименталды зерттеулер кезінде құрылымдық элементтерлің өлшемдері сүйектің өзінен әлдеқайда кіші болғандықтан тұтас құрылымға ие деген болжам жасайды. Сүйекті барлық нүктелерінде және барлық бағыттар бойынша бірдей механикалық қасиеттерге ие біркелкі және изотропты деп есептейді.

Серпімділік модулін анықтаудың әр түрлі әдістері бар. Берілген жұмыста серпімділік модулі иін қожырауынан анықталады.

Егер берік тірекке бос орналасқан тура серпімді өзектің ортасына F күші әсер етсе (сурет 5.2), онда өзек иіледі. Осындай иінде өзектің үстіңгі қабаттары сығылады, ал төмендегілер - созылады, ал нейтралды деп аталатын орташа қабат өзінің ұзындығын сақтайды және қисаюға ұшырайды.



Сурет 5.2
Өзектің ортасы алатын айналым λ, иілу оғы деп аталады. Ол жүктеме ұлғайған сайын үлкен болады, және одан басқа, өзектің формасы мен өлшемдеріне және оның серпімділік модуліне тәуелді. Материалдардың қарсыласу теориясында дәлелденгендей, L ұзындығы, b ені және а қалыңдығы бар өзекке ортасында F күш салынса (сурет 5.2), онда иілу оғын формула бойынша табады
(5.2)
(5.3)
Қондырғыны суреттеу

Серпімділік модулін анықтау үшін қондырғы үлгіні 2 орналастыратын екі бағаны бар массивті платформадан 1 тұрады (сурет 5.3). Жылжытылмайтын бағанның ұшында тірек призмасы 3 бекітілген. Жылжытылатын бағанның ұшында тірек призмасы үлгінің жылжуы кезінде үйкелісті төмендету үшін айналатын роликпен 4 алмастырылған. Одан басқа, бағандар арасында тік жағдайда бекітілген микрометрі 5 бар өзек бар.



Сурет 5.3
Микрометрдің бізгегі 1 үлгінің ортасына салынған контактілі пластинкамен 2 жанасуы кезінде (сурет 5.4) қондырғының электрлік тізбегі жабылады және дабыл беруші шам 3 жанады. Үлгінің ортасында жүктерді ілу үшін қармақ 4 бар.

Сурет 5.4
Микрометр безгегін контактілі пластинкаға жақындатқан кезде шамдар жанып, микрометрдің көрсеткіштерін фиксациялайды: п0 - жүктемесіз, п - т массалы жүк үлгісіне арту кезінде. Осы кезде F күші F = mg жүк салмағына тең, ал иілу оғы λ = п0 - п. Осы көріністерді (5.3) формуласына қоя отырып, аламыз
(5.4)
С арқылы берілген үлгінің тұрақтысын белгілейік
(5.5)

Онда


(5.6)
Жұмысты орындау тәртібі

1 Микрометрмен және сызғышпен адамның сүйек талшығының енін b, қалыңдығын b а және ұзындығын L өлшеңіз (ұзындық тірек нүктелері арасындағы ара-қашықтық ретінде өлшенеді). Әрбір өлшемді үш рет үш жерлерде жасаңыз және есептеңіз , .

2 5.5 формуласына , және L мәндерін қоя отырып үлгінің тұрақты С есептеңіз.

3 Өлшеулер мен есептеулердің нәтижелелерін 5.1 кестеге енгізіңіз.


Кесте 5.1

Үлгі

a1, м

а2, м

а3, м

, м

b1, м

b2, м

b3, м

, м

L, м

С, м-1


































4 Үлгіні тіректерге салыңыз және қондырғыны тоқ көзіне қосыңыз.

5 Микрометр безгегін дабыл беруші шам жанғанша контактілі пластинкаға келтіріңіз және микрометрден көрсеткіштерді жазып алыңыз п0.

6 Біртіндеп үлгіні т массалы жүктерді тиеңіз және микрометрдің сәйкесінше көрсеткіштерінің өлшемдерін жасаңыз п.

7 Әрбір жүктеме кезінде үлгінің серпімділік модулін есептңіз Е [(5.6) формуласы] және табыңыз .

8 Өлшеулер мен есептеулердің нәтижелелерін 5.2 кестеге енгізіңіз.


Кесте 5.2

Үлгі

п0, м

т, кг

п, м

Е, Па

, Па



















9 Сенімді ықтималдылығы р = 0,95 тең серпімділік модулінің өлшемінің қателігін есептеңіз ΔЕ.

10 Болат үлгісі үшін аналогты өлшеулер мен есептеулерді жасаңыз.
Сұрақтар мен тапсырмалар

1 Қожырау дегеніміз не? Қожыраудың түрлерін атаңыз.

2 Механикалық кернеу деген не?

3 СИ-де ол қандай бірліктерде көрсетіледі?

4 Берілген жұмыста серпімділік модулі қалай анықталады?
Өздік бақылау үшін тапсырмалар

1 Күш әсері аяқталғаннан кейін келесі қасиетке ие болатын қожырау серпімді деп аталады:

а) толық сақталады;

б) бөлшекті қалады;

в) бөлшекті жоғалады;

г) толық жоғалады.


2 Гук заңының формуласын көрсетіңіз:

а) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

3 Серпімділік модулінің физикалық мәнін көрсетіңіз:

а) тілік ауданының бірлігіне келетін күш;

б) ұзындық бірлігіне әсер ететін күш;

в) серпімді қожырау аяқталатын кернеу;

г) үлгі ұзындығы екі есе ұлғаятын кернеу.
4 Серпімділі модулінің өлшем бірлігін көрсетіңіз:

а) Н;


б) а/м2;

в) Н/м;


г) Па;

д) Па/м.
5 Гук заңының графигін көрсетіңіз:




6 ТІНДЕРДІҢ МЕХАНИКАЛЫҚ ҮЛГІЛЕРІН ЗЕРТТЕУ
Құралдар және жабдықтар:

персоналды компьютер.



Жұмыстың мақсаты: қожыраудың әр түрлі режимдерінде маталардың әр түрлі модельдерінің құлығын зерттеу.
Тағамдық өнімдер мен биоматериалдардың механикалық қасиеттерін зерттеуге үлкен назар аударады. Маталардың құрылымы мен олардың механикалық қасиеттерінің өзара әрекеттесуін зерттеуғ жүктеменің әр түрлі режимдерінде олардың құлығының ерекшеліктерін зерттеу нақты міндеттерді шешуге мүмкіндік береді: жаңа тағамдық өнімдер мен биоматериалдарды құрастыру; олардың механикалық параметрлерін бағалау және т.б.

Қатты денелердің механикалық қасиеттері қожыраулар кезінде анықталады. Жоғарыда келтірілген (5 жұмысты қара) серпімді және иілгіш қожыраулардан басқа қожыраулардың басқа түрлерін ажыратады.



Серпімді иілгіш сыртқы күштің әсер етуі тоқталғаннан кейін бөлшекті сақталынатын қожырау аталады.

Тұтқырлы серпімді тұрақты күш әсер еткенде уақыт өте келе маңызды шамаға жететін, ал жүктеме алынғаннан кейін толық жоғалатын немесе бөлшекті жоғалатын қожырау. Қожыраудың бұл түрі полимерлер үшін сипатты және олардың молекулаларының құрылысымен негізделген. Тұтқырлы серпімді обьекттер үшін жорғалаушылық және кернеуді релаксациялау құбылыстары сипатты.

Жорғалаушылық – тұрақты кернеу кезінде уақыт өте келе обьекттің салыстырмалы қожырауыгың өзгеру құбылысы: ε = f) при σ = const. Жорғалаушылық кезінде полимерлерде өтетін үрдістер тұтқырлы сұйықтың ағысына сәйкес келеді. Жорғалаушылықты зерттеуді деформацияның изотоникалық режимінде жүргізеді: обьектте тұрақты механикалық кернеуді тудырады σ = const (тұрақты күшпен әсер етеді) және тәуелділікті зерттейді е = f(τ).

Кернеудің релаксациясы – салыстырмалы қожыраудың тұрақты шамасында уақыт өте келе механикалық кернеудің төмендеуі: σ = f(τ) при ε = const.

Кернеудің релаксациялауды зерттеуді қожырауда изометриялық режимде жүргізеді: обьектте сатылы созылуды тудырады және оны тұрақты сақтай отырып (ε = const), тәуелділікті зерттейді σ = f(τ).

Кез-келген материалдың механикалық қасиеттерін зерттеген кезде алдымен механикалық кернеудің σ салыстырмалы қожыраудан тәуелділігін зерттейді ε: σ = f(ε) және кернеудің уақыттық тәуелділіктерін σ = f(τ) және салыстырмалы қожырауды зерттейді ε = f(τ).

Бұлшық еттер, сіңір, сүйек талышығы, қан тамырлары сияқты биологиялық талышқтар тұтқырлы серпімді жүйелер болып келеді. Сыртқы күштің әсерімен анықталатын олардың пассивті механикалық қасиеттері, серпімдә және тұтқырлы элементтерді үйлестіріп моделдеу ыңғайлы.



Серпімді элемент үлгісі – идеалды серпімді серіппе (сурет 6.1, а), онда қожырау үрдісі бір сәтте өтеді және Гук заңына бағынады (5 жұмысты қара).
(6.1)
мұнда Е – серпімділік модулі.

Сурет 6.1
6.1 б суретте тәуелділік графигі салынған ; ал 6.1, в және г суреттерінде – тәуелділік графиктері изотоникалық және изометриялық режимдерде.

Тұтқырлы элемент үлгісі – тұтқырлы сұйықпен цилиндрде қозғалатын тесіктері бар поршень (сурет 6.2, а). поршень қозғалған кезде сұйық тесік арқылы ағады және поршень қозғалысының жылдамдығына пропорционал өсетін қарсылық тудырады. Тұтқырлы элементтік салыстырмалы қожырауы сыртқы күштің әсерінің уақытына τ пропорционалды және сұйықтың тұтқырлығына η байланысты
(6.2)

Сурет 6.2
6.2, б, в суретінде тәуелділік графиктері көрсетілген және изотоникалық режимде. Изометриялық режимде тұтқырлы элементтің реформациясын зерттеу мүмкін емес, өйткені салыстырмалы қожырауды сатылы өзгерту мүмкін емес (поршеньді бір сәтте ұзарту).

Денелердің тұтқырлы серпімді қасиеттері серпімді және тұтқырлы элементтердің үлгілерінің әр түрлі комбинацияларынан тұратын жүйелермен моделделінеді.



Кельвин-Фойгттің үлгісі – серпімді және тұтқырлы элементтерді параллельді қосу (сурет 6.3, а). Тұрақты әсер ететін күште осы үлгінің салыстырмалы қожырауы уақыт өте келе өседі. Жүктемені алғаннан кейін қожырау экспоненциалды жоғалады,және бірнеше уақыттан кейін жүйе бастапқы қалпына келеді (ε = 0) (6.3, б суретінде келтірілген жорғалаушылықтың қисығын қара).

Максвеллдің үлгісі – серпімді және тұтқырлы элементтерді біртіндеп қосу (сурет 6.4, а). изотоникалық режимде (сурет 6.4, б) серіппе бір сәтте Гук заңы анықтайтын мәнге дейін ұзарады (уақыт моменті τ1), ал поршень тұрақты жылдамдықпен тұрақты сыртқы күш әсер еткенше әрекет етеді. Жүктеме алынғанна кейін (уақыт моменті τ2) серіппе бір сәтте қысқарады, ал поршень өзгеріссіз қалады. Изометриялық режимде (сурет 6.4, в) серіппе жылдам созудан кейін қысқара бастайды, осы кезде поршень де созылады, яғни кернеудің релаксациясы өтеді.




Сурет 6.3

Сурет 6.4
Зинердің үлгісі – Кельвин-Фойгт үлгілері және серпімді элементті біртіндеп қосу (сурет 6.5, а). Изотоникалық режимде (сурет 6.5, б) серіпп 1 Гук заңы анықтайтын мәнге дейін бір сәтте ұзарады, ал серіппе 2 поршеньнің созылуына байланысты біртіндеп ұзарады және сызықты емес сипатқа ие.

Сурет 6.5
Сыртқы тұрақты күштің әсері тоқтағаннан кейін серіппе 1 бір сәтте тоқтайды, серіппе 2 біртіндеп қысқарады, поршеньді кері бағытта тартады. Осылайша, жүктеме алынғаннан кейін үлгіде қалдық қожырау сақталмайды. Қожыраудың уақыттан тәуелділігі күрделі сипатқа ие: ол бастапқы кернеумен, серіппелердің 1 және 2серпімділік модульдерімен және жүйенің тұтқырлығымен анықталады. Изометриялық режимде (сурет 6.5, в) серіппеде 1 біәр сәтте кернеу туады σ0, одан кейін кернеу экспоненциалды заң бойынша қысқарады, өйткені поршеньннің біртіндеп ұзаруы мен серіппенің 2 созылуы өтеді. Қожырау тоқталғаннан кейін кернеу бірнеше шамаға дейін кенет түседі (серіппе қысқарады 1), ал одан кейін баяу нөлге дейін келеді.

Биожүйелердің механикалық қасиеттері олардың құрылымдық құрылысымен негізделген.



Бұлшық еттер. Бұлшық еттердің құрамына коллаген және эластин талшықтары енеді, сондықтан олар өздерін полимерлер сияқты болады – оларда тұтқырлы серпімді қожырау өтеді. Майда бұлшықеттер қожырау кезінде өздерін Масвелл үлгісі сияқты жүргізеді (6.4 сурет). Оларға кернеудің релаксациясы тән, сондықтан олар өздерін белгілі бір күшті кернеусіз созыла алады, бұл қуыс органдардың үлкен созылуына ықпал етеді. Қаңқа бұлшықеттері қожырау кезінде Зинер үлгісіне тән (6.5 сурет): тез созылу кезінде олардағы кернеу ұлғаяды, ал одан кейін біртіндеп белгілі бір қалдық мәнге дейін кішірейеді. Үлгіге қарағанда тәуелділік қаңқа бұлшықеті үшін сызықты емес.

Сүйектер. Сүйек талшығы өзініің қасиеттері бойынша бұлшықеттерден ерекшеленеді. Оның құрылысы мен қасиеттері жоғарыда қарастырылған (5 жұмыс). Қожырау кезінде іс-әрекеті бойынша қаңқа талшығы Зинер үлгісі сияқты (6.5 сурет). қаңқа талшығының минералды комопненттері оның серпімді қасиеттерін және тез қожырауды қамтамасыз етеді, ал коллагеннің органикалық талышқтары – тұтқырлы қасиеттеріді жәге сүйектің жорғалаушылығын анықтайды.
Жұмысты орындау тәртібі

1 Қожыраудың изотоникалық режимінде механикалық үлгілердің іс-әрекетін зерттеу:

а) серіппеге сыртқы күш салыңыз және оның әсерін белгілі бір уақыт ішінде ұстап тұрыңыз;

б) сыртқы күштің әсерін тоқтатыңыз;

в) дәптерге тұрақты сыртқы күштің әсер кезінде және жүктемені алғаннан кейін салыстырмалы ұзарудың уақыттың тәуелділігінің графигін салыңыз;

г) басқа үлгілер үшін пп. а)-в) сияқты әрекеттерді жасаңыз;

д) қай үлгілерде жорғалаушылық байқалатын туралы қорытынды жасаңыз.
2 Қожыраудың изометриялық режимінде механикалық үлгілердің әрекетін зерттеу:

а) серіппеге сыртқы күш салыңыз және оның әсерін белгілі бір уақыт ішінде ұстап тұрыңыз;

б) ұзартуды алып тастаңыз;

в) дәптерге тұрақты салыстырмалы ұзарту кезінде және жүктемені алғаннан кейін салыстырмалы ұзарудың уақыттың тәуелділігінің графигін салыңыз;

г) басқа үлгілер үшін пп. а)-в) сияқты әрекеттерді жасаңыз;

д) қай үлгілерде кернеудің релаксациясы байқалатыны туралы қорытынды жасаңыз.


3 Тәуелділік графиктерін бақылау және биологиялық талшықтар:

а) кезекпен экранда тәуелділік графиктерін алыңыз майда бұлшықеттің қожырауы үшін; - қаңқа бұлшықеті үшін; - кернеудің екі мәнінде изотоникалық режимде сүйек талышығы үшін;

б) алынған графиктерді дәптерге салыңыз және әрбір аталған биологиялық талшықтар үшін сәйкес келетін үлгілерді көрсетіңіз.

4 Жануардың жасына байланысты сіңірдің серпімділік үлгісінің тәуелділігін зерттеу:

а) жануардың жасын енгізіңз және экранда тәуелділік графигін алыңыз ;

б) алынған график бойынша абциссалар осіне графиктің бұрышының тангенсі ретінде сіңірдің серпімділік модулін анықтаңыз Е;

в) жастың басқа мәндері үшін сол сияқты әрекеттерді жасаңыз;

г) алынған мәліметтерді 6.1 кестеге енгізіңіз;

д) жасына байланысты сіңірдің серпімділігінң модулінің тәуелділік графигін салыңыз;

е) жасына байланысты сіңірдің серпімділік модулінің өзгеру сипаты туралы қорытынды жасаңыз.


5 Жасына байланысты серпімділіктің шегінің тәуелділігін зерттеу:

а) жануардың жасын енгізіңіз;

б) сіңірге қолданылатын жүктемені өзгерте отырып, F әрекетті күштен ε салыстырмалы қожырауының тәуелділігінің графигін экранда алыңыз;

в) алынған график бойынша εmах салыстырмалы ұзаруы мен Fmax жүктемесінің шекті мәнін анықтаңыз;

г) сіңірдің серпімділік шегін формула бойынша есептеңіз (5 жұмыс)

мұнда Sсіңірдің көлденең тілігінің ауданы (2·10-6 м2 тең);
д) сіңірдің максималды абсолютті ұзаруын есептеңіз (қожырауға ұшырамаған 10 ұзындығын 0,12 м тең деп қабылдау);

е) жастың басқа мәндері үшін а)-д) пп. сияқты әрекеттерді жасаңыз;

ж) өлшеулер мен есептеулер нәтижелерін 6.1 кестеге енгізіңіз;
6.1 кесте


Жасы, жыл

Е, Па

Fmax, H

σуп, Па

εmax

Δlmax, м



















з) жасына байланысты сіңірдің серпімділігі шегінің тәуелділік графигін құрастырыңыз;

и) жасына байланысты сіңірдің серпімділігінің өзгеру шегінің сипаты туралы қорытынды шығарыңыз.


Сұрақтар мен тапсырмалар

1 Механикалық қожыраудың анықтамасын беріңіз.

2 Қожыраулардың мүмкін түрлерін атаңыз.

3 Қожыраудың изотоникалық және изометриялық режимдерінің мәні неде?

4 Кернеудің релаксациясы мен жорғалап жүруі деп не аталады?

5 Қатты денелердің үлгілерін көрсетіңіз және олардың қожырауларының ерекшеліктерін суреттеңіз.

6 Биологиялық талшықтардың механикалық қасиеттерін суреттеңіз.
Өздік бақылау үшін тапсырмалар

1 Тұтқырлы серпімді келесі қожырау аталады:

а) сыртқы күштің әсер етуі тоқтатылғаннан кейін толық жоғалады;

б) жүктемені алғаннан кейін сақталады;

в) тұрақты күш әсер еткен кезде уақыт өткеннен кейін маңызды шамаға жетеді, ал жүктеме алынғаннан кейін жоғалады;

г) жүктемені алғаннан кейін бөлшекті сақталады.


2 Жорғалап жүретін деп келесі құбылыс аталады:

а) тұрақты жүктеме кезінде уақыт өткеннен обьекттің салыстырмалы қожырауының өзгеруі;

б) тұрақты салыстырмалы қожырау кезінде уақыт өткеннен кейін механикалық кернеудің азаюы;

в) сыртқы күштің әсері кезінде обьекттің ұзындығының өзгеруі;

г) сыртқы күштің әсері кезінде обьекттің формасының өзгеруі.
3 Қожыраудың изотоникалық режимінің мәні:

а) зерттелетін үлгіде тұрақты салыстырмалы ұзаруының құрылуында;

б) үлгіде тұрақты қожыраудың құрылуында;

в) зерттелетін үлгіде тұрақты механикалық кернеудің құрылуында.

4 Созылудың қожырауының шамасы болып табылады:

а) салыстырмалы созылу;

б) кернеу;

в) Юнг үлгісі;

г) абсолютті ұзарту.
5 Қодырау кезінде қаңқа бұлшықеттері келесі үлгі сияқты болады:

а) серпімді элемент;

б) Максвелл;

в) тұтқырлы элемент;

г) Зинер;

д) Кельвин-Фойгт.



ҰСЫНЫЛАТЫН ӘДЕБИЕТ
1 Мачихин Ю. А., Мачихин С. А. Инженерная реология пищевых материалов. - М. : Легкая и пищевая промышленность. 1981, 212 с.

2 Азаров Б. М., Назаров Н. И. Реология пищевых масс. - М. : МТИПП. 1970, 90 с.

3 Азаров Б. М., Арет В. А. Инженерная реология пищевых производств. - М. : МТИПП. 1978, 112 с.

4 Николаев Б. А. Структурно-механические свойства мучного теста. - М. : Пищевая промышленность, 1976, 247 с.

5 Мачихин Ю. А., Клаповский Ю. В. Современные способы формования конфетных масс. - М. : Пищевая промышленность, 1974, 184 с.

6 Общая технология пищевых производств. Под ред. Н. И. Назарова. - М. : Пищевая промышленность. 1980, 380 с.

7 Соколов А. Я. Основы расчета и конструирование оборудования пищевых производств. - М. : Пищевая промышленность, 1984.


МАЗМҰНЫ








Кіріспе…………………………………………………....................

3

1

Стокс әдісі бойынша сұйықтың тұтқырлығын анықтау...............

4

2

Сұық тұтқырлықтығын вискозиметрлермен анықтау…………...

10

3

Вискозиметрмен биомолекулалардың молекулярлы массасын анықтау...............................................................................................

17


4

Сұйықтардың беттік кернеулігін анықтау …………….................

23

5

Сүйекті талшықтың серпімді қасиеттерін зерттеу.....................…

31

6

Тіндердің механикалық үлгілерін зерттеу......................................

38




Ұсынылатын әдебиет………………………………………............

47





Достарыңызбен бөлісу:
1   2


©kzref.org 2017
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет