3832

Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника

Лабораторная работа

Физика

Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника Цель работы - изучение законов сохранения на примере баллистического маятника. Приборы и принадлежности: баллистический крутильный маятник комплект монтажных пат...

Русский

2012-11-08

81 KB

66 чел.

Определение скорости монтажного патрона с помощью баллистического крутильного маятника

Цель работы - изучение законов сохранения на примере баллистического маятника.

Приборы и принадлежности: баллистический крутильный маятник; комплект монтажных патронов; блок миллисекундомера (рабочая погрешность измерения времени не более 0,02%).

Питание: переменное напряжение сети - 220 В; потребляемая мощность - 10 Вт; чистота напряжения сети - 50 Гц.

Эксплуатация прибора допускается лишь в применением заземления!

Краткие сведения из теории

После попадания монтажного патрона в маятник он начинает вращаться вокруг своей вертикальной оси. Если пренебречь при его движении моментом сил трения, то можно воспользоваться двумя законами сохранения.

На основании закона сохранения момента импульса, считая удар полностью неупругим, запишем

, (7.1)

где m - масса патрона, V - его скорость,, г - расстояние от оси вращения маятника до точки удара патрона,  - угловая скорость маятника,  - момент инерции маятника. 

Из закона сохранения механической энергии после удара следует

, (7.2)

где - угол (наибольший) поворота маятника, D - постоянная момента упругих сил.

Из этих уравнений получаем

(7.3)

Так как момент инерции патрона  во много раз меньше чем ,, то уравнение (7.3) может быть написано в виде

(7.4)

Уравнение движения баллистического маятника при условиях:

1) t<<T, т.е. время воздействия патрона на маятник во много раз меньше периода колебаний маятника; 2) угол отклонения маятника мал - не более 5°-б- может быть написано в виде

,

где  - угловое ускорение, - угол поворота маятника. Решение этого уравнения приводят к выражению для периода колебаний :

. (7.5)

Для исключения величины D можно поступить следующим образом. Меняя расстояние между грузами, изменим момент инерции маятника и вычислим

(7.6)

, (7.7)

где - период колебаний при новом значении момента инерции,  - разность моментов инерции.

Из уравнений (7.5) и (7.6) следует

, (7.8)

а из уравнений (7.7) и (7.8) -

. (7.9)

Подставляя (7.5) и (7.9) в (7.4), получим

(7.10)

Величину J можно определить, пользуясь теоремой Штейнера. Из нее следует, что

; (7.11)

. (7.12)

где  - момент инерции маятника, когда центры тяжести грузов совпадают с осью вращения маятника;  - момент инерции, тогда оба груза находятся на расстоянии ;  - момент инерция, когда оба груза находятся на расстоянии ; М - масса груза. Пусть  тогда из уравнений (7.11) и (7.12) получаем

(7.13)

Из уравнений (7.10) и (7.13) окончательно скорость полета монтажного патрона (м/с) определяется по формуле

, (7.14)

где - максимальный угол отклонения маятника; М - масса груза; m - масса патрона; r - расстояние от оси оборота маятника до центра патрона в месте вклеивания его в пластилин;  - расстояние от оси оборотов маятника до центра масс грузов в первом положении;  - период колебаний для ;  - период колебаний для ; - расстояние от оси оборотов маятника до центра масс грузов во втором положении, .причем .>.

Описание экспериментальной установки

Общий вид баллистического маятника показан на рис. 7.1. Основание 1 оснащено регулируемыми ножками 2, позволяющими выравнивать прибор. В основании закреплена колонка 3, на которой закреплен верхний 4, нижний 5 и средний 6 кронштейны. К среднему кронштейну прикреплено стреляющее устройство 7, а также прозрачный экран с нанесенной на него угловой шкалой 8 и фотоэлектрический датчик 9. Кронштейны 4 я 5 имеют зажимы дня крепления стальной проволоки 13, на которой подвешен маятник, состоящий из двух мисочек, наполненных пластилином 10, двух перемещаемых грузов 11, двух стержней 12, водилки 14.

Электронная схема маятника FPM-09 состоит из двух основных частей: фотоэлектрического датчика FK-1 и универсального миллисекундомера FPM-09. Фотоэлектрический датчик соединен разъемом ZL1 с универсальным миллисекундомером FPM-14 15.

Виды лицевой панели и задней стенки миллисекунде мера представлены на рис.7.2.

Эталоном времени в миллисекундомере является кварцевый генератор. Элементы фотоэлектрического датчика собраны на небольшой печатной плате,

Рис. 7.1

вмонтированной в корпус датчика, а схема универсального миллисекундомера FPM-I4 собрана на двух печатных платах, соединенных друг с другом при помощи специального соединителя.

На лицевой панели миллисекундомера размещены следующие манипуляционные элементы:

W1 (сеть) - выключатель сети - нажатие клавиши вызывает включение питающего напряжения. Представляется это свечением цифровых индикаторов (высвечивающих цифру нуль) и свечением лампочки фотоэлектрического датчика;

W2 (оброс) - сброс измерителя - нажатие клавиши вызывает сброс схем миллисекундомера и генерирование сигнала разрешение на измерение;

Рис. 7.2

W4 (стоп) - окончание измерения - нажатие клавиши вызывает. генерирование сигнала разрешения на окончание подсчета.

На задней стенке миллисекундомера находятся:

ZL1 - входное гнездо, служащее для подключения фотоэлектрического датчика;

ZL2 - заземляющий зажим.

Принцип работы прибора

Настоящий прибор предназначен для определения скорости патрона. После приготовления прибора к исследованиям, согласно пункту подготовки установки к измерениям (см. ниже), накладываем патрон на пружинное устройство. Крутильный маятник установлен на черте 0 угловой шкалы. Передвижные грузы установлены на определенном расстоянии, для которого будем определять скорость патрона. С помощью пружинного устройства выталкиваем патрон. Патрон застревает в пластилине, находящемся в мисочках крутильного маятника, и вызывает его отклонение на некоторый угол. Считываем этот угол и повторно рукой отклоняем/маятник на этот же угол. Включаем измеритель и пускаем маятник: маятник будет совершать крутильные колебания, число и время существования которых будет считать универсальный миллисекундомер FPM-I4.

Конкретные задачи

1. Определить угловую скорость маятника.

2. Определять момент инерции маятника.

3. Определить скорость патрона.

Порядок выполнения работы

I. Подготовка установки к измерениям.

1. Проверить заземление прибора.

2. Подключить фотоэлектрический датчик к входному гнезду миллисекундомера.

3. Произвести выравнивание прибора.

4. Включить сетевой шнур измерителя в питающую сеть.

5. Нажать переключатель (сеть), проверяя все ли индикаторы измерителя высвечивают цифру нуль, а также, светится ли лампочка фотоэлектрического датчика.

II. Определение скорости полета патрона.

1. Максимально приблизить грузы 11 друг к другу ().

2. Обнулить маятник, т.е. установить его в таком положении, чтобы черта на мисочке 10 показывала угол наклона.

3. Вложить патрон в пружинное устройство.

4. Вытолкнуть патрон из пружинного устройства.

5. Измерить максимальный угол отклонения маятника .

6. Включить и обнулить счетчик времени.

7. Отклонить маятник на угол , деблокировать измеритель времени и пустить маятник.

8. измерить время десяти колебаний и вычислить .

9. Максимально отдалить друг от друга грузы 11 () и повторить действия согласно пп.2, 6, 7.

10. измерить время десяти колебаний и вычислить .

11. Вычислить скорость патрона по формуле (7.14).

12. Повторить измерение скорости патрона пять раз. Результаты измерений занести в табл. 7.1.

Значения массы груза 11 М, массы патрона m и расстояние от оси оборота маятника до центра патрона в месте застревания его в пластилине г указаны на установке.

Число измерений

 Масса груза M, кг

 Масса патрона m, кг

Расстояние от оси

маятника до точки

Максимальный угол

 отклонения ,

 град

Измерения при помощи миллисекундомера

Скорость

патрона

V,

м/с

Максимально

приближенные грузы ,м

Максимально удаленные грузы 

,м

Длительность десяти колебаний при установке маятника на угол

Период

Длительность десяти колебаний при установке маятника на угол

Период

12345

Обработка и анализ результатов измерений

Оценить погрешность определения скорости полета патрона по данным табл. 7.1.

Контрольные вопросы

1. Сформулировать закон сохранения момента импульса.

2. Сформулировать основной закон динамики вращательного движения.

3. Можно ли считать, что кинетическая энергия патрона в случае неупругого удара полностью переходит в потенциальную энергию маятника?

Библиогр.: /1/ §§3.3, 4.3; /2/ §§24, 28, 29, 43.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

45242. Этапы и технологии формирование материалов паблисити 28 KB
  Источник сообщения ничего не платит прессе за размещение. Этапы формирования: подготовительный сбор информации о фирме и ее деятельности статистика история маркетинговая информации: анализ информации в зависимости от вида СМИ; структурирование материала – выстраиваем структуру фирменный бланк и различия в соответствии с формой подачи – прессрелиз и т. Жанровая разновидность паблисити: Оперативноновостной: приглашение прессрелиз краткая новостная информация. Комбинированные тексты подборка информационных материалов...
45243. статья. Технология создания: Приглашение: адресное обращение к аудитории четкая социальная ориентация; . 32 KB
  Исследовательско-новостной комментирующий новость: бэкграундер не сама новость а то что под ней лист вопросов-ответов. Прессрелиз сто сообщение содержащее важную новость или полезную информацию для широкой аудитории.; шрифт – 14; интервал – 15; принцип перевернутой пирамиды: заголовок – суть и интрига; 1 абзац – лидерабзац содержит новость; комментарии и иллюстрации к новости – 34 позиции в порядке убывания; резюме; призыв к действию; даты написания прессрелиза и публикации в СМИ; координаты специалиста составившего...
45244. Информационные ПР-акции: функции, формы, каналы коммуникации 29.5 KB
  Формы: пресс-конференция конференция брифинг семинар симпозиум день открытых дверей телемост имиджевые теле и радио интервью и т. Теле и радио интервью: информационные цели – формирование информационного имиджа; представление руководства. Классификация интервью: интервьюмнение интервьюфакт имиджевое интервью. Инициаторы интервью: журналисты прессслужба.
45245. Брифинг как информационная ПР - акция: цели, аудитория, методика подготовки 28 KB
  Брифинг как информационная ПР акция: цели аудитория методика подготовки Брифинг это плановое мероприятие которое проводится с регулярной периодичностью и посвящается распространению текущей информации о деятельности организации или компании. Например брифинги регулярно проводит министерство иностранных дел. На брифингах министерства внутренних дел проходящих раз в неделю можно услышать официальную статистику ДТП раскрытых преступлений узнать о планируемых профилактических мерах по борьбе с организованной преступностью. Еще одна...
45246. Методика подготовки и проведения пресс-конференций 34.5 KB
  Методика подготовки и проведения пресс-конференций Тема: социально-значимая и актуальная не коммерческая дискуссионная диалог спор. Пресс-конференция проводится по мере накопления информации или при наличии глобальных новостей. Мотивация: мотивация организации пресс-конференции; мотивация журналистов статусные персоны корпоративность – присутствие всех СМИ наличие компромата самопрезентация. Прессконференция проводится при хорошем знании журналистов критическая масса – 30 – 40.
45247. Корпоративные коммуникации и материалы корпоративной прессы: виды, функции, принципы организации 34 KB
  В результате оглашения конкретных цифр и фактов сотрудники получают полное представление о готовых итогах развития и перспективах роста компании. Такой отчет может содержать: письмо руководителя в котором выражается благодарность сотрудникам и описывается работа компании ее основные достижения в течение года; отчет об использовании фондов. Этот документ часто оформляется в виде графиков и диаграмм характеризующих использование организацией поступивших средств; анализ финансового положения предприятия; отчет об участии компании в...
45248. Деятельность корпоративной радиостанции и ТВ-центра: приоритеты, аудитория, содержание коммуникации 26.5 KB
  Обычно это организаци-ипартнеры со схожими корпоративными стандартами и принципами. Приоритеты: Главным приоритетом в деятельности корпоративной радиостанции и ТВ центра является формирование корпоративной культуры организации. Сообщения транслируемые по радио и ТВ должны отвечать на следующие вопросы: что происходит в организации почему это происходит в организации что должно произойти в организации Аудитория: Обычно эти самые радиостанции пли ТВ центры находятся на территории самой компании и вещают только на их территории то...
45249. Цели и содержание деятельности корпоративного сайта 28.5 KB
  Цели которые преследуют создатели сайтов: улучшение имиджа и поднятие престижа компании; продвижение торговой марки; доступность информации о продуктах и ценах для клиентов; поддержка дилерской сети доступность информации о продуктах и ценах для дилеров; прямая продажа продукции в Internet организация виртуального магазина; доступность внутренней информации для сотрудников работающих вне офиса; другое. служит дополнительным элементом фирменного стиля; укрепляет имидж и престиж поскольку в российских условиях не каждая...
45250. Информационное, организационное и финансовое обеспечение ПР- акции 28 KB
  Информационное организационное и финансовое обеспечение ПР акции 1. Формы опосредованной маркетинговой коммуникации нередко играют важнейшую роль в обеспечении акции. 3 этап формирование плана в основе которого лежат конкретные ПР-акции которые должны быть спланированы по времени и иметь свое отражение в СМИ репортажи интервью аналитический обзор и т. Организационное обеспечение также предполагает написание сценарного плана акции который включаете: а открытие акции включая представления гостей б содержание и последовательность...