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

31 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

47240. КОНЦЕПЦІЯ АВТОМАТИЗОВАНОЇ СИСТЕМИ УПРАВЛІННЯ РИЗИКАМИ В МИТНІЙ СЛУЖБІ УКРАЇНИ ТА ШЛЯХИ ЇЇ ВДОСКОНАЛЕННЯ 1.6 MB
  Ризик як загроза митній безпеці держави Митний ризик – один із видів економічного ризику Система управління ризиками в митній службі – нова філософія митного контролю Аналіз сучасного стану ризикменеджменту в Україні. Світовий досвід управління ризиками та можливість його імплементації в Україні Перспективні напрямки у сфері ризикменеджменту для митних...
47241. Инвестиционный климат и привлекательность Вологодской области 507 KB
  Удельный вес топлива и энергии в структуре затрат на производство и реализацию продукции доходит до 40. Принятие Закона обусловлено существенным реформированием системы установления обязательных требований к продукции и процессам ее производства а также действующего в настоящее время порядка стандартизации и сертификации продукции работ услуг. В первую очередь Закон призван приблизить российские нормативы предъявляемые к качеству продукции и процессам производства к действующим международным стандартам в частности стандартам...
47242. ФАКТОРЫ, ОКАЗЫВАЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ПОКАЗАНИЙ СВИДЕТЕЛЯ 179.01 KB
  ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СВИДЕТЕЛЯ КАК ОДНОГО ИЗ УЧАСТНИКОВ УГОЛОВНОГО ПРОЦЕССА. Правовой статус свидетеля. ФАКТОРЫ ОКАЗЫВАЮЩИЕ ВЛИЯНИЕ НА ТОЧНОСТЬ ПОКАЗАНИЙ СВИДЕТЕЛЯ. По ранее действующему уголовно-процессуальному законодательству процессуально-правовое положение свидетеля как участника уголовного судопроизводства не определялось.
47243. Менеджмент организации 607.5 KB
  Рассматриваются этапы выполнения дипломного проекта имеющего большое значение в подготовке специалистов. Анализируется структура и содержание даются методические советы по вопросам выполнения и оформления дипломного проекта. Определяются принципы оценки уровня проектов и требования в соответствии с которыми должна быть подготовлена и проведена защита дипломного проекта. Включает формы основных документов используемых при оформлении дипломного проекта и примерную тематику.
47244. Обcтоятельcтва, подлежащие уcтановлению при раccледовании преcтуплений cвязанных c незаконным оборотом наркотичеcких cредcтв 158.95 KB
  Криминалиcтичеcкая характериcтика cодержит данные о типичных cпоcобах cовершения и cокрытия преcтупления, механизме преcтупного поcягательcтва, cледах, обcтановке, в которой готовилоcь и проиcходило преcтупное cобытие, предметах преcтупного поcягательcтва, чертах личноcти преcтупника и потерпевшего
47247. Разработка методов защиты волоконно-оптических линий связи от несанкционированного доступа на основе использования концепции кодового зашумления 393.75 KB
  Безразрывный без принудительного отвода мощности Безразрывный с принудительным отводом мощности. Расчет зависимостей вероятности ошибки в канале перехвата от уровня отводимой мощности Комментарий к расчету. Тогда он может какимлибо способом отвести часть оптической мощности из световода а затем направить ее в свое приемное устройство. Тут встречается вторая сложность: величины оптической мощности которую обычно удается отвести очень малы.
47248. Оценка технико-экономического и «рыночного уровня» новизны выпускаемого продукта 2.27 MB
  ТЭО можно рассматривать как конкретную форму проявления научного подхода к обоснованному выбору направления разработок, рациональных путей и всесторонней оценке социально-экономической эффективности принимаемых решений и способов их реализации.