题目
登山运动员所用的尼龙绳,当爬山者的体重为80kg时,绳伸长了5cm,若绳的原长为50m,横截面积5mm2,则其杨氏模量为A. 1.6×106N·m-2B. 1.6×1011N·m-2C. 1.6×107N·m-2D. 1.6×108N·m-2
登山运动员所用的尼龙绳,当爬山者的体重为80kg时,绳伸长了5cm,若绳的原长为50m,横截面积5mm2,则其杨氏模量为
A. 1.6×106N·m-2
B. 1.6×1011N·m-2
C. 1.6×107N·m-2
D. 1.6×108N·m-2
题目解答
答案
B. 1.6×1011N·m-2
解析
步骤 1:确定杨氏模量的定义
杨氏模量(Young's modulus)是材料在弹性变形阶段,应力与应变的比值,用符号E表示。其定义式为:\[E = \frac{\sigma}{\varepsilon}\],其中\(\sigma\)是应力,\(\varepsilon\)是应变。
步骤 2:计算应力
应力\(\sigma\)是单位面积上的力,计算公式为:\[\sigma = \frac{F}{A}\],其中F是作用力,A是横截面积。题目中,作用力F为爬山者的体重,即\(F = 80 \times 9.8 = 784N\)(重力加速度取9.8m/s²),横截面积\(A = 5mm^2 = 5 \times 10^{-6}m^2\)。因此,应力\(\sigma = \frac{784}{5 \times 10^{-6}} = 1.568 \times 10^8N/m^2\)。
步骤 3:计算应变
应变\(\varepsilon\)是材料的形变程度,计算公式为:\[\varepsilon = \frac{\Delta L}{L}\],其中\(\Delta L\)是长度变化量,L是原长。题目中,\(\Delta L = 5cm = 0.05m\),L = 50m。因此,应变\(\varepsilon = \frac{0.05}{50} = 0.001\)。
步骤 4:计算杨氏模量
将步骤2和步骤3的结果代入杨氏模量的定义式中,得到:\[E = \frac{\sigma}{\varepsilon} = \frac{1.568 \times 10^8}{0.001} = 1.568 \times 10^{11}N/m^2\],四舍五入后,得到\(E \approx 1.6 \times 10^{11}N/m^2\)。
杨氏模量(Young's modulus)是材料在弹性变形阶段,应力与应变的比值,用符号E表示。其定义式为:\[E = \frac{\sigma}{\varepsilon}\],其中\(\sigma\)是应力,\(\varepsilon\)是应变。
步骤 2:计算应力
应力\(\sigma\)是单位面积上的力,计算公式为:\[\sigma = \frac{F}{A}\],其中F是作用力,A是横截面积。题目中,作用力F为爬山者的体重,即\(F = 80 \times 9.8 = 784N\)(重力加速度取9.8m/s²),横截面积\(A = 5mm^2 = 5 \times 10^{-6}m^2\)。因此,应力\(\sigma = \frac{784}{5 \times 10^{-6}} = 1.568 \times 10^8N/m^2\)。
步骤 3:计算应变
应变\(\varepsilon\)是材料的形变程度,计算公式为:\[\varepsilon = \frac{\Delta L}{L}\],其中\(\Delta L\)是长度变化量,L是原长。题目中,\(\Delta L = 5cm = 0.05m\),L = 50m。因此,应变\(\varepsilon = \frac{0.05}{50} = 0.001\)。
步骤 4:计算杨氏模量
将步骤2和步骤3的结果代入杨氏模量的定义式中,得到:\[E = \frac{\sigma}{\varepsilon} = \frac{1.568 \times 10^8}{0.001} = 1.568 \times 10^{11}N/m^2\],四舍五入后,得到\(E \approx 1.6 \times 10^{11}N/m^2\)。