Исследование свойств полиэтиленовых пакетов

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОЛИЭТИЛЕНОВЫХ ПАКЕТОВ.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ…………………………………………………………….

1. Теоретическая часть…………………………………………………………...

2. Экспериментальная установка………………………………………………….

3. Измерения………………………………………………………………...……

4. Анализ ………………………………………………………………………

5. Список литературы………………………………………..…………………….

6. Приложения……………………………………………………………………....

ВВЕДЕНИЕ

Мы все периодически ходим в магазины за покупками и часто приобретаем полиэтиленовые пакеты. Некоторые из них можно потом еще долго использовать, а некоторые сразу приходят в негодность. Промышленная конкуренция среди производителей, необходимость  постоянного роста качества товара является актуальным в условиях рыночной экономики. Это обозначило проблему нашего исследования: каково качество реализуемых в розничной торговой сети полиэтиленовых пакетов; соответствует ли действительности максимальная нагрузка, указанная на них.

Таким образом, цель нашей работы: исследовать механические свойства полиэтиленовых пакетов. Исходя из цели исследования, были поставлены следующие задачи:

1.     Определить максимальную нагрузку для исследуемых пакетов.

2.     Для исследуемых образцов определить пределы: пропорциональности, упругости, текучести и прочности.

Гипотеза – проведенные нами исследования дадут возможность указать покупателям лучшие фирмы- производители и соответствует ли на самом деле указанная максимальная нагрузка на пакетах.

Новизна исследования – предпринята попытка изучения и освещения данной темы на основе исследования испытуемых образцов с изучением механических параметров и выявления лучшего пакета.

Результаты исследования : могут быть использованы покупателями при выборе полиэтиленовых пакетов.

Практическая значимость: проведенные нами опыты дают возможность  точно установить нагрузку которую выдерживает пакет и нагрузку при которой происходит разрыв, что приводить пакет в негодность.

Рекомендации: данную работу можно использовать при работе с учащимися физических кружков и факультативов.

Для проведения исследования в нескольких магазинах было приобретено 20 полиэтиленовых пакетов различных фирм-производителей: Victoria Pack, Полипласт, Тико–пластик, Polimir, Сибполипак П, Интерпак, Технопак. Причем на некоторых пакетах указывается фирма-производитель и максимальная нагрузка, на части пакетов что-то одно, а некоторые пакеты совсем без опознавательных знаков. Максимальная нагрузка исследуемых образцов находится в интервале от 5 кг до 15 кг. Исследование проводилось при комнатной температуре.

ОПИСАНИЕ РАБОТЫ

1. Теоретическая часть

Механические свойства различных материалов изучают, воздействуя на образцы данных материалов значительными силами (нагрузками). Характеристикой нагрузок служит механическое напряжение σ (3, стр. 52).

Максимальное напряжение σ_п, при котором еще выполняется закон Гука, т.е. при небольших деформациях, называют пределом пропорциональности.

Максимальное напряжение σ_уп, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации (остаточная деформация не превышает 0,1 %), называют пределом упругости.

При некотором значении напряжения удлинение образца нарастает практически без увеличения нагрузки. Это явление называют текучестью материала (2, стр. 61).

Напряжение σ_т, при котором  деформация образца возрастает без увеличения нагрузки, называют пределом текучести (4, стр. 134).

Разрыв образца происходит после того, как механическое напряжение достигает максимального значения σ_пч, называемого пределом прочности (образец растягивается без увеличения внешней нагрузки вплоть до разрушения).

Для исследования деформации растяжения образец подвергают растяжению, измеряя его удлинение и возникающее напряжение. По результатам опытов вычерчивают диаграмму растяжения – график зависимости напряжения σ от относительного удлинения ε. Диаграмма дает достаточно полную информацию о механических свойствах материала и его прочности (2, стр. 62).

2.Экспериментальная установка

Принципиальная схема экспериментальной установки представлена на рисунке 1. К жестко закрепленному металлическому стержню 1 подвешивается пластмассовая ручка 2 для пакетов. Удлинение образцов фиксируется при помощи мерной ленты 3 и пластмассовой стрелки-индикатора 4, прикрепленной к дну полиэтиленового пакета на пластилин.

1                                     2

					ОБРАЗЕЦ

 

       3                                                                             

                                                                                       5

                               4

 

Рис. 1 Принципиальная схема экспериментальной установки.

В качестве грузов используются пакеты с песком и гири различных масс 5. Чтобы не повредить образцы в них сначала укладываются пакеты с песком, а уже затем гири.

3. Измерения

Основная сложность работы была в том, что полиэтиленовые пакеты неоднородны, т. е. невозможно измерить площади сечения образцов и их начальную длину. Поэтому невозможно измерить предельные напряжения и относительные удлинения образцов. В связи с этим было решено, вместо предельных напряжений использовать предельные массы, т. е. m_п, m_уп, m_т и m_пч, так как масса груза прямо пропорциональна механическому напряжению образца, а вместо относительного удлинения пакетов использовать абсолютное удлинение, так как они тоже пропорциональны. Таким образом, наша экспериментальная диаграмма растяжения – это зависимость массы грузов m от абсолютного удлинения образца ∆l (рис. 6).

Максимальная нагрузка образцов определялась из соображения, что данный параметр m полиэтиленовых пакетов должен находится в интервале между пределом упругости m_уп и пределом текучести m_т. Кроме того, остаточная деформация образцов не должна превышать ≈ 10-ти %.

Сказанное позволяет заключить, что для реализации намеченных задач необходимо измерить только массы грузов и абсолютные удлинения образцов, что и было сделано в работе. Все экспериментальные данные для пакетов с №№ 1-20 находятся в Таблицах 1-20 (см. Приложение 1).

4. Анализ результатов эксперимента

На основе экспериментальных данных была построена Таблица 1: «Механические параметры экспериментальных образцов», в которой определены все необходимые для реализации поставленной цели механические параметры полиэтиленовых пакетов (см. Приложение 2).

Таким образом, все исследованные пакеты по максимальной нагрузке можно условно разделить на четыре группы: I – от 1 до 5 кг; II – 3 – 6  кг; III – 5 –10 кг,

IV – более 10 кг. К первой группе относятся пакеты (рис. 2) с номерами с 1 по 5 .

       № 1                        № 2                   № 3                    № 4                   № 5

Рис. 2  Полиэтиленовые пакеты I группы.

Пакеты первой группы, хотя и относятся к пакетам с минимальной максимальной нагрузкой, эта нагрузка достаточно велика и превышает указанную фирмой-производителем (там, где указана). Характерным для этой группы образцов является то, что у пакетов происходит разрыв ручек. Лидер I группы пакет № 4 фирмы «Тико–пластик».

Пакеты второй группы представлены на рисунке 3. Это пакеты с номерами с 6 по12 и пакет №16.

             № 6                            № 7                     № 8                                  № 9

              № 10                         № 11                           № 12                        № 16

Рис. 3  Полиэтиленовые пакеты II группы.

Максимальные нагрузки пакетов второй группы значительно превышают нагрузки указанные производителями. У части пакетов разрывались ручки, у  остальных не выдерживало дно. Лучшим по механическим свойствам во второй группе признан пакет № 16 фирмы «Polimir».

На рисунке 4 представлены полиэтиленовые пакеты III группы с номерами 13, 14 и 15.

                         № 13                             № 14                              № 15

Рис. 4  Полиэтиленовые пакеты III группы.

Максимальные нагрузки пакетов этой группы чуть больше чем у предыдущих образцов. У пакетов третьей группы также как и во второй группе разрывались ручки и дно. Лидер III группы – пакет № 14 фирмы «Полипласт».

К четвертой группе пакетов (рис. 5) относятся образцы с №№ от 17 до 20.

 

                № 17                        № 18                  № 19                      № 20

Рис. 5  Полиэтиленовые пакеты IV группы.

Представители последней группы пакетов имеют наибольшую максимальную нагрузку,  превышающую  указанную фирмой-производителем  (там, где указана).Однако в этой группе находится единственный пакет не соответствующий заявленной максимальной нагрузке более 15 кг. Это образец № 18. Его экспериментально установленная максимальная нагрузка составляет 20 кг. Лучшим пакетом этой группы стал образец № 18 фирмы «Полипласт».

Следует отметить, что у образцов с номерами: 11, 14, 17 и 19 ручки пакетов вытянулись на 2-3 сантиметров, что свидетельствует о высокой пластичности материала.

На рисунке 6 представлена характерная для исследуемых образцов диаграмма растяжения. Данная диаграмма построена для пакета № 18 с лучшими, на наш взгляд, механическими параметрами.

Рис. 6 Диаграмма растяжения образца № 18.

Значения нагрузок на диаграмме соответствуют: m_п = 10 кг – пределу пропорциональности, m_уп = 16 кг – пределу упругости, m_т = m = 26 кг – пределу текучести и максимальной нагрузке, m_пч = 27 кг пределу прочности.
                                                         ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В процессе выполнения работы были полностью решены поставленные задачи, т. е. определены пределы: пропорциональности, упругости, текучести и прочности, а также максимальная нагрузка исследуемых полиэтиленовых пакетов.

Проведенное исследование позволяет сделать следующие выводы:

·        все полиэтиленовые пакеты, использованные в эксперименте достаточно высокого качества;

·        почти все пакеты с обозначенной фирмами-производителями максимальной нагрузкой имеют реальную, экспериментально установленную, максимальную нагрузку значительно ее превышающую;

·        лучшими механическими свойствами обладают пакеты фирм: «Полипласт», «Тико–пластик» и «Polimir».

Таким образом, цель проведенного исследования выполнена полностью. В плане дальнейших перспектив нашего исследования можно рассматривать возможность его проведения при низких температурах, с учетом колебательных нагрузок, с большим количеством экспериментальных образцов, что позволит сделать более основательные выводы.

Результаты данного исследования могут быть использованы покупателями при выборе полиэтиленовых пакетов, а также учащимися в работе физических кружков и факультативов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Естественно-научные проекты. 10-11 классы (Физика. География. Экология. Химия) / Сост. М. Ю. Демидова.– М.: Школьная Пресса, 2005. – 80 с.

2.     Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Физика: Учеб. для 10 кл. сред. шк.– 3-е изд.– М.: Просвещение, 1994.– 222 с.

3.     Факультативный курс физики. 9 кл.  Пособие для учащихся. Под ред. А. В. Перышкина и С. Е. Каменецкого.– М.: Просвещение, 1976.– 159 с.

4.     Физика: Учебн. для 10 кл. шк. и кл. с углуб. изучением физики / О.Ф. Кабардин, В.А. Орлов, Э.Е. Эвенчик и др.; Под ред. А.А. Пинского. –  7-е изд. – М.: Просвещение, 2002.– 415 с.

5.     Физическая лаборатория: Учебное пособие для учителей и учащихся. Вып. 1. Механика. / Под ред. А.Б. Долицкого, Е.Ю. Заславской. – М.: МИРОС, 1997.– 127 с.

ПРИЛОЖЕНИЯ

Приложение 1

Таблица 1 Экспериментальные данные пакета № 1 фирмы «Технопак», максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5
∆l,см	0,2	0,5	0,8	1,1	1,4

Таблица 2 Экспериментальные данные пакета № 2 фирмы «Сибполипак П», максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5
∆l,см	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0

Таблица 3 Экспериментальные данные пакета № 3 (Hugo Boss).

m, кг	1	2	3	4	5
∆l, см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,6

Таблица 4 Экспериментальные данные пакета № 4 фирмы «Тико–пластик», максимальная нагрузка 5 кг.

m, кг	1	2	3	4	5
∆l, см	0,2	0,4	0,6	0,8	1,1

Таблица 5 Экспериментальные данные пакета № 5 без обозначений, максимальная нагрузка не указана (черный).

m, кг	1	2	3	4	5
∆l, см	0,2	0,3	0,5	1,0	1,4

Таблица 6 Экспериментальные данные пакета № 6 фирмы «Тико–пластик», максимальная нагрузка 6 кг.

m, кг	1	2	3	4	5	6
∆l, см	0,2	0,4	0,7	1,0	1,4	1,8

Таблица 7 Экспериментальные данные пакета № 7 фирмы «Тико–пластик» (Audi), максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7
∆l, см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7

Таблица 8 Экспериментальные данные пакета № 8 (Hugo Boss), максимальная нагрузка 8 кг.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8
∆l, см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,8

Таблица 9 Экспериментальные данные пакета № 9 (Next), максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7
∆l, см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7

Таблица 10 Экспериментальные данные пакета № 10 (Hugo Boss), максимальная нагрузка 6 кг.

m, кг	1	2	3	4	5	6
∆l, см	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2

Таблица 11 Экспериментальные данные пакета № 11 без обозначений, максимальная нагрузка не указана (с цветами).

m, кг	1	2	3	4	5	6
∆l, см	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2

Таблица 12 Экспериментальные данные пакета №12 фирмы «Тико–пластик» (Aspen), максимальная нагрузка 6 кг.

m, кг	1	2	3	4	5	6
∆lсм	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2

Таблица 13 Экспериментальные данные пакета № 13 фирмы «Полипласт», максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
∆l,см	0,2	0,4	0,6	0,8	1,0	1,2	1,5	2,0	2,5	3,0

Таблица 14 Экспериментальные данные пакета № 14 фирмы «Полипласт» (Davidoff), максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
∆l,см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,8	1,0	1,2	1,4

Таблица 15 Экспериментальные данные пакета № 15  (SELFSTYLE&LTD), максимальная нагрузка 10 кг.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
∆l,см	0,2	0,4	0,6	0,8	1,3	1,6	1,9	2,2	2,7	3,1

Таблица 16 Экспериментальные данные пакета № 16 фирмы «Polimir» (С Новым годом!), максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6
∆l,см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6

Таблица 17 Экспериментальные данные пакета № 17 фирмы «Victoria Pack», максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12
∆lсм	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5	0,6	0,7	0,9	1,1	1,3	1,6

Таблица 18 Экспериментальные данные пакета № 18 фирмы «Интерпак», максимальная нагрузка 20 кг.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	12	14	16	18	20
∆lс м	0,2	0,4	0,6	0,8	1,1	1,3	1,6	1,8	2,1	2,3	2,5	2,7	2,9	3,3	4,0

Таблица 19 Экспериментальные данные пакета № 19 фирмы «Полипласт», максимальная нагрузка не указана.

m, кг	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
∆lсм	0,2	0,4	0,8	1,0	1,2	1,4	1,6	1,8	2,0	2,2

Таблица 20 Экспериментальные данные пакета № 20 (BMW), максимальная нагрузка 10 кг.

m, кг	2	4	6	8	10
∆l,см	0,1	0,2	0,3	0,4	0,5

Приложение 2

Таблица 1  Механические параметры экспериментальных образцов

№ пакета Измеренные параметры	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Предел пропорциональности,  mп, кг	6	6	10	4	6	6	10	12	10	7	10	7	6	8	7	8	7	16	10	22
Предел упругости,   mуп, кг	8	8	12	9	11	9	14	14	14	9	12	10	10	16	10	10	12	20	18	32
Предел текучести, mт, кг	11	14	16,5	16,5	17	17	18	18	18	20	19	20	21	22	20	24	25,5	24	26	44
Предел прочности,  mпч, кг	14	14,5	17	17	17,5	18	19	20	20	21	22	22	22	22,5	22,5	25,5	26	26	27	45
Максимальная нагрузка, m, кг	5	5	5	5	5	6	7	8	7	6	6	6	10	10	10	6	12	20	10	10