9622

Перевірка закону збереження імпульсу за допомогою пружнього удару

Лабораторная работа

Физика

Перевірка закону збереження імпульсу за допомогою пружнього удару Мета роботи: вивчення удару куль, перевірка закону збереження імпульсу та визначення коефіцієнту відновлення. Ударом називається короткочасна взаємодія тіл при їх зіткненні, в результ...

Украинкский

2013-03-14

59 KB

15 чел.

Перевірка закону збереження імпульсу за допомогою пружнього удару

Мета роботи: вивчення удару куль, перевірка закону збереження імпульсу та визначення коефіцієнту відновлення.

Ударом називається короткочасна взаємодія тіл при їх зіткненні, в результаті якого відбувається скінчена зміна швидкостей цих тіл. Розрізняють два граничні випадки – абсолютно непружній удар та абсолютно пружній удари.

Удар називається абсолютно непружнім, якщо після удару тіла продовжують рух як єдине ціле, з однією і тією ж швидкістю або зупиняються. Абсолютно пружнім називається такий удар, в результаті якого не відбувається перетворення механічної енергії тіл, які співударяються, в інші види енергії.

В даній роботі розглядається пружній удар стальних куль. В момент удару виникають короткочасні ударні сили, які в багато разів перевищують всі інші сили, що діють на тіла, які співударяються (сили ваги, опору повітря та інш.). Тому в процесі удару систему тіл, які співударяються, з достатньою мірою наближення можна вважати ізольованою та застосовувати до неї закон збереження імпульсу.

Нехай маси куль m1 та m2, їх швидкості до удару відповідно V1 та V2, а після удару u1 та u2. В цьому випадку закон збереження імпульсу має вигляд

  .

При прямому центральному ударі вектори швидкостей напрямлені по одній прямій, отже, геометричну суму імпульсу можна замінити алгебраїчною.

Удар називається прямим центральним, якщо центри мас тіл, що співударяються, лежать на лінії удару, їх швидкості паралельні цій лінії. Лінії удару називається загальна нормаль до поверхонь тіл, що співударяються в точці їх дотику.

Установка (мал.16-1), на якій відбувається перевірка закону збереження імпульсу, складається з високої стійки 1, в верхній частині якої закріплений прилад 2 для біфілярного підвісу куль. Прилад 2 має гвинти 3 та 4, за їх допомогою кулі можна переміщувати в горизонтальному та вертикальному напрямках. Крім того, на підставці укріплені дуга 5, два електромагніти та шкала 6, по якій виконують підрахунок відхилень куль.

Для того, щоб удар був центральним, необхідно, щоб центри мас куль знаходилися на одному горизонтальному рівні. Тому за допомогою гвинтів 3 приводять кулі до дотику, а гвинтами 4 – центрують їх.

Якщо відхилити кулю меншої маси на кут та встановити її в цьому положенні за допомогою електромагніта, то при розімкненні кола електромагніта перша куля, повертаючись в стан рівноваги, вдарить іншу кулю, в результаті чого їх швидкості зміняться. Так як до удару друга куля знаходилась в стані спокою (V2=0), то закон збереження імпульсу набуде вигляду:

 m1V1=-m1u1+m2u2. (1)

Швидкість V1 в момент удару можна визначити за законом збереження енергії (нехтуючи тертям та опором повітря):

  ,

звідки  , (2)

де h1 – висота підняття центру мас першої кулі, коли вона притягнута електромагнітом (мал.16-2). З цих же міркувань

 (3).

  (4).

Висоти h1, h2 та h1 можна визначити через кути , та , які визначаються зі співвідношень: (5)

 (6)

  (7)

де а0 та b0 – положення підвісу куль, коли кулі знаходяться у стані рівноваги;

а1 – положення нитки підвісу першої кулі, коли вона притягнута електромагнітом;

а2 та b2 – положення ниток підвісу куль після удару, в момент максимального їх відхилення;

d – відстань від осі коливань до середньої лінії, яка перетинає міліметрові поділи шкали.

Використовуючи значення кутів , ти , рівняння (1) можна привести до виду

. (8)

Абсолютно пружній удар – це ідеалізований випадок. Взагалі при співударянні реальних тіл завжди мають місце пружні та остаточні деформації, тому удар частково непружній. При такому ударі механічна енергія системи після удару стає менше, ніж була до удару.

Відношення енергії системи тіл, що співударяються, після удару до енергії цієї системи до удару називається коефіцієнтом відновлення енергії k, для якого розрахунковий вираз можна отримати у вигляді

 (9)

Методика виконання роботи

  1.  Записати маси куль (вказані на установці).
  2.  Перевірити правильність настройки установки (поверхні куль повинні дотикатися, а центри – лежати на одній горизонталі у площині дуги 5).
  3.  Мірильною лінійкою виміряти відстань d від осі коливань до середньої лінії шкали 6.
  4.  Зняти відліки за шкалою а0 та b0 ниток біфілярних підвісів куль в положенні рівноваги.
  5.  Кулю, що має меншу масу, притягнути електромагнітом та відрахувати за шкалою положення нитки її підвісу а1.
  6.  За допомогою ключа розімкнути коло електромагніту та зняти відлік за шкалою а2 та b2. Дослід повторити 10 разів при одному й тому ж положенні електромагніту.

Зауваження. Для полегшення спостережень у перших п’яти дослідах проводиться підрахунок тільки а2, а у других п’яти тільки b2 (при тому ж а1).

  1.  Підставивши в рівняння (5), (6), (7) дані вимірювання, визначити кути відхилення куль α, α′ та β.
  2.  За рівнянням (8) перевірити закон збереження імпульсу.
  3.  За рівнянням (9) обчислити коефіцієнт відновлення енергії.
  4.  Дані вимірювань та результати обчислень звести в таблиці 16-1, 16-2 та 16-3.

Таблиця 16-1

M1

m2

a0

B0

a1

tgα

α

Таблиця 16-2

a2

b2

tgα′

α′

Tgβ

β

Таблиця 16-3

Номер

Досліду

k

k

1

Середнє

Похибку обчислити методом усереднення.

Література

Савельев И.В. Курс общей физики. т.1.—М.:Наука, 1966.—с.86-89.

Яворский В.М., Детлаф А.А. и др. Курс физики. т.1.—М.:Высшая школа, 1963.—с.44-46.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

37054. НАРКОТИКИ. Классный час 73.5 KB
  Как повашему что такое наркотики Ответы 5 мин. В течение 10 минут каждый ряд должен нарисовать плакат на тему Мы против наркотиков. За 10 минут каждый ряд должен придумать 10 убедительных отказов человеку предлагающему вам наркотик. Как вы думаете можно ли избавиться от наркотической зависимости Каким образом Ответы 5 мин.
37056. Конверт откровения. Классный час 58.5 KB
  Бывает ли любовь с первого взгляда Сколько раз в жизни может любить человек Может ли быть любовь длиною в жизнь Следует ли прислушиваться к мнению других например родителей когда любишь Что делает людей родными Что делать если в равной степени любишь двоих и не в силах сделать выбор в чьюлибо пользу Всегда ли следует говорить любимому человеку правду Стоит ли обсуждать с любимым человеком то что не нравится в ваших с ним отношениях Почему многие считают что романы между учителем и ученицей или...
37057. КЛАССНЫЙ ЧАС, посвященный Дню Победы 63.5 KB
  Ветеранам мы дарим гвоздики Вспоминаем отважных бойцов Не забудем мы подвиг великий Наших дедов и наших отцов Дымова: 9 мая в 67 раз наша страна праздновала День Победы в ВОВ. Карева Какими путями прошли вы солдаты Какие преграды сумели сломить Стираются лица стираются даты Военных дорог никогда не...
37058. Классный час Поговорим о дружбе 20.66 KB
  Ход классного часа: Ребята послушайте стихотворение: Дружба главное чудо всегдаСто открытий для всех настоящееИ любая беда не бедаЕсли рядом друзья настоящие. Дружба крепка не лестью а правдой и честью. Дружба как стекло: разобьешь не сложишь.
37060. Интернет и зависимость от него 28.47 KB
  Информацию черпают И чего здесь только нет Как же сеть ту называют Ну конечно Интернет Поднимите руки кто хотя бы один раз играл в Онлайн игры Говорите ли вы с друзьями об играх кодах уровнях и т. Примерно такие вопросы задают психологи когда хотят убедиться страдает ли человек Интернет зависимостью. Я задала эти вопросы не случайно и хочу чтобы вы посмотрели на себя со стороны оценили свое отношение к компьютеру и Интернету.
37061. Минута славы 51 KB
  Ведущий 1 Здравствуйте ребята Сегодня мы рады приветствовать вас на прекрасном мероприятии которое приготовили ваши талантливые одноклассники. Ведущий 2 Вам кажется что вы знаете все о своих одноклассниках Ведущий 3 Вы ошибаетесь Имя фамилия и оценки в классном журнале это еще не все. Ведущий1 Сегодня мы предоставим каждому свою минуту славы И вы увидите что они этой славы достойны. Ведущий 2 Итак сегодня мы проведем игру Минута славы.
37062. Я- гражданин России. Класный час 31.56 KB
  Тема классного часа: Я гражданин России Задачи: Образовательные Знакомство с понятием гражданин. Знакомство с символами России. Воспитывать интерес к России.