4145

Вивчення прямого центрального пружного удару

Практическая работа

Физика

Вивчення прямого центрального пружного удару Мета роботи. Перевірити закони збереження імпульсу та енергії. Теоретичні відомості. Імпульсом тіла називаєтьсявекторна величина, яка дорівнює добутку маси тіла на вектор його швидкості...

Украинкский

2012-11-13

137 KB

33 чел.

Вивчення прямого центрального пружного удару

Мета роботи.

Перевірити закони збереження імпульсу та енергії.

Теоретичні відомості.

Імпульсом тіла називається векторна величина , яка дорівнює добутку маси тіла  на вектор його швидкості , і, отже, має напрямок швидкості:

                                                    (1)

Системою тіл називається сукупність взаємодіючих між собою тіл. Сили взаємодії тіл системи називаються внутрішніми, а сили, що діють на тіла системи з боку інших тіл, що не входять у систему – зовнішніми. Система називається ізольованою (замкнутою), якщо векторна сума зовнішніх сил для неї дорівнює нулю.

Для ізольованої системи тіл має місце закон збереження імпульсу: векторна сума імпульсів всіх тіл системи є величина постійна.

Повною енергією механічної системи тіл називається сума їх кінетичної та потенціальної енергій. Для ізольованої системи тіл має місце закон збереження енергії: в середині системи можуть відбуватися перетворення кінетичної енергії в потенціальну і навпаки, але повна енергія ізольованої системи тіл залишається величиною постійною.

Ударом називається короткочасна взаємодія тіл при їхньому зближені до зіткнення, в результаті чого змінюються швидкості тіл. Лінія удару - це перпендикулярна до поверхонь обох тіл пряма, що проходить через точку дотику цих тіл в момент удару. Удар називається центральним, якщо лінія удару проходить через центри мас тіл. Якщо до удару швидкості були спрямовані по лінії удару, удар називається прямим. Обов'язковою умовою здійснення удару є наявність відносної швидкості тіл, що призводить до їхнього зближення.

Пружним називається удар, який супроводжується пружною деформацією тіл. Для двох пружно взаємодіючих тіл закон збереження імпульсу запишеться так:

,                                 (2)

де:  і  - маси тіл, і  - їхні швидкості до удару, і  - їхні швидкості після удару.

Якщо швидкості спрямовані по одній прямій, можна перейти до їхнього алгебраїчного сумування.

Закон збереження енергії в цьому випадку виражається співвідношенням:

                                         (3)

В результаті розв’язку системи рівнянь (2) і (3) отримаємо:

                                              (4)

                                             (5)

Якщо до удару тіло знаходилось в стані спокою, то

                                            (6)

,                                            (7)

а якщо при цьому маси тіл однакові , то

,                                                     (8)

,                                                        (9)

тобто тіла обмінюються швидкостями а, отже, кінетичними енергіями.

3. Контрольні запитання.

1. Що називається імпульсом системи тіл?

2. У чому полягає закон збереження імпульсу?

3. Що являє собою енергія механічної системи?

4. У чому полягає закон збереження енергії?

5. Який удар називається центральним, прямим, пружним?

6. У якому випадку тіла, що беруть участь у пружному ударі, обмінюються швидкостями?

7. У чому полягає метод визначення швидкості куль у даній лабораторній роботі?

8. Чому при даному методі вимірювань не можна відводити кулі на кут ?

4. Домашнє завдання.

Для виконання роботи треба вивчити такі питання курсу фізики: імпульс тіла, замкнута система тіл, закон збереження імпульсу, повна енергія механічної системи, закон збереження енергії, прямий центральний пружний удар.

5. Лабораторне завдання.

Дві пружні кулі однакової маси підвішені на подвійних нитках (біфілярний підвіс) до горизонтальних стержнів, закріплених у стіні (рис. 1), Такий спосіб підвісу застосовується для того, щоб рух кульок відбувався в одній площині. На стіні закріплена кутомірна шкала, велика поділка якої рівна 1º.

Рис. 1.

Метод вимірювання полягає в тому, що по довжині підвісу кульки l і куту відхилення нитки підвісу від вертикалі  можна визначити її швидкість υ до удару, та після удару u .

Якщо кульку відвести в бік на кут , її центр ваги підніметься на висоту h, а сама кулька одержить додаткову потенціальну енергію . При поверненні кульки в положення рівноваги до моменту удару ця енергія перейде в кінетичну .

За законом збереження енергії

                                                 (10)

звідки

                                                  (11)

З рисунка 1 видно, що

                                              (12)

звідки випливає, що

                                         (13)

При малих кутах відхилення

і

Тому

                                              (14)

і, отже,

                                            (15)

при підрахунку по цій формулі кут  потрібно виражати в радіанах (1º=0,017 рад).

Аналогічно за кутом відхилення кульки після удару та довжині підвісу визначається швидкість кулі після удару. Для визначення довжини підвісу рулеткою вимірюється відстань від точки підвісу до поверхні кулі, штангенциркулем діаметр кулі, та складається відстань від точки підвісу до поверхні кулі та її радіус.

При такому методі вимірювання імпульс кульки обчислюватиметься за формулами:

до удару:    ,                                                   (16)

після удару:                                                      (16а)

а кінетична енергія за формулами:

до удару:                                                         (17)

після удару:                                                         (17)

6. Порядок виконання роботи:

1. Перевірити, щоб до удару кульки торкались і щоб їхні центри мас були на одному рівні.

2. Визначити довжину підвісу куль.

3. Відхилити одну з куль на кут , виміряти величину цього кута та відпустити кулю для удару.

4. Виміряти кут відхилення другої кулі після удару .

5. Дослід проробити 3 рази при одному й тому ж  та знайти середнє арифметичне значення .

6. Результати вимірювань занести в таблицю 1

Таблиця 1.

, кг

, кг

, м

, м

, град

, град

, град

, град

, град

, град

, кгм

,

кгм

, Дж

, Дж

1

2

3

7. Обчислити:

      - середні квадратичні похибки прямих вимірювань за методом Стьюдента;

      - відносні похибки непрямих вимірювань імпульсу до удару  та після удару  за формулою:

,

- за формулою (16) імпульси куль до удару  та після удару ;

- абсолютні похибки імпульсів до удару  і після удару  за формулою: ;

- відносні похибки непрямих вимірювань кінетичної енергії до удару  та після удару  за формулою:

,

- за формулою (17) кінетичні енергії куль до удару, і після удару ;

- абсолютні похибки кінетичних енергій куль до удару  та після удару  за формулою: ;

8. Результати обчислень записати у вигляді:

… при =…%                               … при =…%

… при =…%                         … при =…%

10. У висновку до роботи порівняти величини  і , і .

6. Прилади та обладнання.

Дві пружні кульки відомої маси на біфілярному підвісі, рулетка, штангенциркуль, кутомірна шкала із ціною великої поділки 1°.

7. Література.

1.Савельев И.В., Курс общей физики, т.1, “Наука”, 1986, § 27,28.

2.Зисман Г.А., Тодес О.М., Курс общей физики, т.1, “Наука”, 1969, § 4,6,8.


l-h

x


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

41934. Нахождение решений системы линейных уравнений в MathCad 60.43 KB
  Тема: Нахождение решений системы линейных уравнений в MthCd. Цель работы: нахождение решений системы линейных уравнений в программе MthCd. Коэффициенты при неизвестных Свободные члены...
41935. Нахождение решений системы нелинейных уравнений в MathCad 45.24 KB
  Тема: Нахождение решений системы нелинейных уравнений в MthCd. Цель работы: нахождение решений системы нелинейных уравнений в программе MthCd . Задание: 1 Найти решение системы нелинейных уравнений с использованием так называемого блока решений .
41936. Символьные действия математического анализа в MathCad 73.2 KB
  Цель работы: определение неопределенных и определенных интегралов и производных в программе MthCd с использованием символьных операций. Неопределенный интеграл: Определенный интеграл: Производная: Задание: Применяя последовательно к каждой функции команды меню Symbolic Simplify найти: Найти: Неопределенный интеграл. Определенный интеграл 3 Производную первого порядка. Решение: Выводы В ходе выполнения лабораторной работы с помощью Mthcd научились применяя команды меню Symbolic Simplify находить неопределенный интеграл...
41937. Вычисление производных в задачах геометрии и частных производных 47.73 KB
  Тема: вычисление производных в задачах геометрии и частных производных. Цель работы: вычисление производных в задачах геометрии и нахождение частных производных высоких порядков в программе MthCd . 2 Выполнить числовое и символьное вычисление частных производных высшего порядка от функции трех переменных: fx=zsinxyz2 в точке M111.
41938. Вычисление интегралов в задачах геометрии и механики 99.01 KB
  Тема: вычисление интегралов в задачах геометрии и механики. Цель работы: вычисление интегралов в задачах геометрии и механики в программе MthCd. Ход выполнения работы: Выводы В ходе выполнения лабораторной работы с помощью Mthcd научились вычислять интегралы в задачах геометрии и механики а именно: решать систему уравнений; находить площадь через двойной интеграл статические моменты координаты центра тяжести.
41939. Решение обычных дифференциальных уравнений в MathCad 87.45 KB
  Тема: решение обычных дифференциальных уравнений в MthCd. Цель работы: с использованием встроенных функций и блочной структуры найти решение обычных дифференциальных уравнений. Задание: 1 Найти решение обычного дифференциального уравнения y =fxy с использованием блока решений.
41940. Изучение внешнего и внутреннего законов фотоэффекта 83.44 KB
  Цель работы: Изучить законы фотоэффекта вычислить постоянную Планка вычислить работу выхода. Так как фотон движется со скоростью света то он обладает импульсом с абсолютной величиной p = mc = hv c Работа выхода. энергия ε которую нужно сообщить электрону для того чтобы он вырвался с максимальной скоростью Vm из пластины характеризуемой работой выхода А определяется соотношением: ε =1 2 mVm 2 А = eUeU0 где U0 =А e потенциал...
41941. Изучение терморезистора. Определение константы 294.8 KB
  РТ21 Лабораторная работа № 9 Изучение терморезистора. Цель работы: Изучить терморезистор определить константу терморезистора В. Зависимость сопротивления терморезистора от температуры с достаточной точностью выражается формулой: 1 где А константа пропорциональная холодному сопротивлению терморезистора при 20 С В константа зависящая от физических свойств полупроводника терморезистора. Постоянная В является одной из важнейших характеристик терморезистора так как она определяет его температурный коэффициент...
41942. Исследование напряженного состояния тонкостенной цилиндрической оболочки 948.96 KB
  Внутренние силы и напряжения В соответствии с теорией расчета тонкостенные оболочки вращения находятся в плоском напряженном состоянии. В таких оболочках действуют кольцевые σк в первом главном сечении и меридиональные напряжения σм во втором главном сечении которые могут определяться через внутренние силы и моменты: где S меридиональная сила; Т кольцевая сила; М меридиональный момент; К кольцевой момент; δ толщина стенки; z координата точки в которой определяется напряжение; z изменяется в интервале от δ 2 до δ 2....