13348

Вивчення законів збереження імпульсу та енергії при ударі

Лабораторная работа

Физика

Лабораторна робота № 1 Тема: Вивчення законів збереження імпульсу та енергії при ударі. Мета: Перевірити виконання законів збереження імпульсу та енергії при пружному ударі. Прилади і матеріали: установки для спостереження та дослідження наслідків удару ...

Украинкский

2013-05-11

107 KB

30 чел.

Лабораторна робота № 1

Тема: Вивчення законів збереження імпульсу та енергії при ударі.

Мета:     Перевірити виконання законів збереження імпульсу та енергії при пружному ударі.

Прилади і матеріали: установки для спостереження та дослідження наслідків удару  куль різної та однакової маси.

Теоретичні відомості.

Удар – це такий процес короткочасної взаємодії тіл, за якого відбуваються значні зміни швидкостей цих тіл. При центральному ударі швидкості тіл, що взаємодіють, напрямлені вздовж прямої, яка з’єднує їх центри мас.

Абсолютно пружним називається удар, за якого зберігається механічна енергія система тіл, що взаємодіють.

Абсолютно непружним називається удар, за якого після взаємодії тіла рухаються як одне ціле ( з однаковою швидкістю ).

Розсіяння механічної енергії при ударі характеризується коефіцієнтом відновлення механічної енергії  к, який визначається як відношення сумарної кінетичної енергії Ек тіл після удару, до  сумарної кінетичної енергії Еп тіл до удару:

                                                                                (1)

Цей коефіцієнт залежить від пружних властивостей взаємодіючих тіл: для абсолютно пружного удару к = 1, у реальних випадках к  1. 

Імпульсом тіла називається векторна фізична величина, яка дорівнює добутку маси тіла на його швидкість. Імпульс системи тіл дорівнює векторній сумі імпульсів усіх тіл, що входять у систему. Згідно із законом збереження імпульсу, повний імпульс замкненої системи тіл залишається незмінним:

.                                                              (2)

Використовуючи закон збереження імпульсу до системи двох тіл:

для центрального пружного удару, одержимо

                                               (3)

для центрального абсолютно непружного удару

,                                                   (4)

де   швидкості тіл безпосередньо перед ударом,   швидкості тіл після пружного удару,  спільна швидкість тіл після абсолютно непружного удару.

У даній роботі для дослідження центрального удару двох куль застосовується експериментальна установка (рис.1 і рис.2), яка складається з вертикального стояка , на верхньому кінці якого закріплені кронштейни, до яких на тонких дротинах підвішені сталеві кулі. У нижній частині стояка розміщені дві шкали, за якими вимірюють кути відхилень від положення рівноваги куль.

На правій шкалі змонтовано електромагніт, який утримує праву кулю в обраному початковому положенні.  

Швидкість куль, що входять до формул (3) та (4) закону збереження імпульсу, можна обчислити, нехтуючи опором повітря, через найбільшу висоту підняття кулі, користуючись законом збереження механічної енергії:

.                                                                   (5)

Виражаючи висоту h підняття кулі через довжину l нитки підвісу та кут її відхилення від положення рівноваги , одержимо:

Враховуючи одержаний результат у формулі (5), після незначних перетворень маємо:

,                                                                  (6)

де  – швидкість кулі; g – прискорення вільного падіння; l – довжина нитки підвісу; - найбільший кут відхилення нитки підвісу від положення рівноваги.

Одержана формула може бути використана для експериментального визначення швидкостей куль до та після удару.

Завдання 1.   Визначення коефіцієнта відновлення енергії при пружному ударі.

Як було вказано раніше, коефіцієнт відновлення механічної енергії під час  удару можна визначити за формулою (1), яка для випадку пружного удару двох куль за умови відсутності руху лівої кулі до удару (), може бути записана у такому вигляді:

.

Використовуючи в одержаній формулі вираз (6), матимемо:

де 1 та 2 – найбільші кути відхилення ниток підвісу відповідно правої та лівої куль від положення рівноваги після удару; 0 – початковий кут відхилення нитки підвісу правої кулі від положення рівноваги.

Завдання 2.    Перевірка закону збереження імпульсу при пружному ударі.

Використовуючи формулу (3) закону збереження імпульсу при пружному ударі за умовою відсутності руху лівої кулі до удару (), а також враховуючи, що після пружного співударяння кулі рухаються у різні боки, одержимо:

,                                                       (8)

Отже, перевірити справедливість закону збереження імпульсу під час  удару можна порівнюючи для кожного досліду значення імпульсу системи до удару  з імпульсом системи після удару , обчисливши їх відносну похибку:

.

Підставивши до останнього виразу значення р0 та р , а також враховуючи (1.6), одержимо:

.                                        (9)

Відмінність значення від 0 в межах похибки експерименту підтверджує виконання закону збереження імпульсу у даній роботі.

Порядок виконання роботи.

  1.  Визначити маси m1 та m2 куль, після чого закріпити кулі на підвісах так, щоб праворуч знаходилась куля меншої маси.
  2.  Відхилити праву кулю на кут 0 до фіксації її електромагнітом.
  3.  Натиснути кнопку “Пуск”. При цьому коло живлення електромагніта розмикається, права куля починає рухатись, відбувається удар двох куль.
  4.  Виміряти кути відхилень правої 1 та лівої 2 куль після їх першого співударяння.
  5.  Повторити вимірювання не менше п’яти разів.
  6.  Обчислити значення k та δ.
  7.  Результати вимірювань та обчислень занести до таблиці 1,2.

Таблиця 1.

m1  =                       ,  m2  =                          .

Номер

досліду

0

1

1

2

2

k

δ

1

2

3

4

5

Таблиця 2.

m1  =                       ,  m2  =                          .

Номер

досліду

0

1

1

2

2

k

δ

1

2

3

4

5

  1.  Провести вимірювання  та обчислення за планом 1 – 7 для куль рівної маси.
  2.  Зробити висновок.

Контрольні запитання.

  1.  Дати визначення імпульсу тіла і системи тіл. Сформулювати закон збереження імпульсу.
  2.  Дати визначення понять абсолютно пружного та абсолютно непружного ударів.
  3.  Записати закон збереження імпульсу:

            а) для пружного центрального удару двох куль;

            б) для абсолютно непружного центрального удару двох куль.

  1.  Записати закон збереження механічної енергії для абсолютно пружного центрального удару двох куль. Як оцінити частку механічної енергії, яка переходить в інші її форми при непружному ударі двох куль ?
  2.  Дати визначення коефіцієнта відновлення механічної енергії. Від чого залежить його значення?
  3.  Вивести формулу для обчислення коефіцієнта відновлення механічної енергії при пружному ударі.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

64714. НЕФТЕГАЗОВОЕ ТОВАРОВЕДЕНИЕ 527 KB
  Нефть это не только источник получения топлива различных видов и назначений смазочных и специальных масел пластичных смазок рабочих жидкостей для гидравлических систем парафинов и других продуктов но и сырье для получения синтетического каучука пластмасс полимерных материалов химических волокон...
64715. Финансы, финансовая система 67 KB
  Лекция посвящена рассмотрению того что включают в себя финансовые отношения как формируется финансовая система какова роль этой системы в общей социально-экономической системе государства. Сущность финансовых отношений задачи и структура финансовой системы.
64716. ТЕОРИЯ И МЕТОДИКА ФИЗИЧЕСКОГО ВОСПИТАНИЯ И СПОРТА 4.58 MB
  Как только трудовые действия начали применяться вне реальных трудовых процессов они превратились в физические упражнения. Превращение трудовых действий в физические упражнения значительно расширило сферу их воздействия на человека...
64717. Коренные народы Ленинградской области и судьбы их языков. История местности, где был основан Санкт-Петербург 364.5 KB
  Большое оживление на водных путях Восточной Европы наблюдалось уже в VIII‒XI в. известный журналист и историк Федор Осипович Туманский посвятил характеристике финноязычных народов их языку и быту. А людей знающих водский язык вдвое меньше.
64719. Чрезвычайные ситуации мирного и военного времени. Характеристика радиационно опасных объектов 240 KB
  Как известно наибольшую техногенную опасность несут в себе аварии и катастрофы на радиационно и химически опасных объектах. За последние 40 лет эксплуатации ПЯТЦ случилось несколько крупных аварий среди них аварии на ядерном реакторе...
64720. Методика вивчення поняття інформаційної системи. Апаратна складова інформаційної системи 226 KB
  Складові комп’ютера системний блок пристрої введення миша клавіатура пристрої виведення монітор принтер. Підготовка комп’ютера до роботи. Коректне завершення роботи з комп’ютером.
64721. Из истории правового регулирования в горном деле 64.5 KB
  В европейских странах где рыночные отношения формировались на основе свободного предпринимательства и где во многом были сохранены достижения античного времени достаточно рано правила ведения горного промысла оформлялись как закон.
64722. Реклама в системе маркетинга 85 KB
  Но чтобы с полученным в результате этого производства товаром стать известным и успешным на рынке необходим целый комплекс мероприятий связанных с продвижением данного товара. Эти мероприятия которые начинаются с момента задумки нового товара и заканчиваются его продажей сбытом и есть маркетинг.