Из закона сохранения импульса (второй шар неподвижен, υ2=0) имеем:
, (1)
где m 1– масса правого шара, г (взвесить на лабораторных весах);
m 2 – масса левого шара, г;
υ1’, υ2’ – скорости шаров после соударения, м/с;
υ1 – скорость правого шара до соударения, м/с.
Скорости шаров до и после соударения можно определить по формулам:
, (2)
, (3)
, (4)
где l – расстояние от точки подвеса до центра тяжести шаров, м;
αбр – угол бросания, град;
α 1 – угол отскока правого шара, град;
α 2 – угол отскока левого шара, град.
Коэффициент восстановления скорости можно определить по формуле:
, (5)
Коэффициент восстановления энергии можно определить по формуле:
, (6)
Потерю энергии при частично упругом соударении шаров можно определить по формуле:
, (7)
IV. Порядок выполнения работы
Задание 1. Определение времени соударения шаров
1. Установите на иглы подвеса стальные шары.
2. С помощью регулировочных опор выставите основание в горизонтальное положение, ориентируясь по уровню.
3. Отрегулируйте положение шаров в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Регулировку производить с помощью изменения длины подвеса шаров, а также изменяя положения узлов крепления нитей на верхнем кронштейне.
4. Нажмите кнопку «СЕТЬ» блока. При этом должны включиться табло индикации и электромагнит.
5. Отведите правый шар на угол αбр (примерно 15 градусов) и зафиксируйте его с помощью электромагнита.
6. Нажмите кнопку «ПУСК» при этом произойдет удар шаров.
7. По таймеру блока определите время соударения шаров t.
8. Нажмите кнопку «СБРОС».
9. Определите время соударения для различных пар шаров по пп 1.1-1.8. Результаты измерений свести в таблицу, вид которой разработать самостоятельно.
10. Сделайте вывод о зависимости времени соударения от механических свойств материалов соударяющихся шаров.
Задание 2. Определение коэффициентов восстановления скорости и энергии для случая упругого удара шаров
1. Установить на иглы подвеса шары из разных материалов (по заданию преподавателя).
2. На пульте блока нажать кнопку «СБРОС». При этом на табло индикации высветятся нули, на электромагнит подастся напряжение.
3. Отвести правый шар на αбр (примерно 15 градусов) и зафиксировать его с помощью электромагнита.
4. Нажать кнопку «ПУСК», при этом произойдет удар шаров.
5. При помощи шкал визуально определить углы отскока правого (α1) и левого (α2) шаров. Результаты измерений записывать в таблицу, вид которой разработать самостоятельно.
6. Повторить пп 2.1 – 2.5 с другой парой шаров (задается преподавателем).
7. Используя формулы (2)-(7), рассчитать коэффициенты восстановления скорости и энергии.
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте закон сохранения импульса. Каковы условия его применения?
2. Сформулируйте закон сохранения энергии механического движения. При каких условиях, для каких систем тел энергия механического движения не меняется со временем?
3. Чему равно изменение механической энергии системы тел в общем случае?
4. Что такое удар? На какие фазы можно разделить процесс соударения?
5. Какой удар называется центральным, прямым?
6. Какой удар называется абсолютно упругим, абсолютно неупругим? Какие законы сохранения можно применить к упругому и неупругому ударам?
7. Что называется коэффициентом восстановления скорости, энергии? От чего зависят эти коэффициенты?
8. Объясните результаты ваших опытов. Наблюдался ли абсолютно упругий и абсолютно неупругий удар?
9. Как можно рассчитать скорость шаров после удара, если известны их скорости до удара?
№ 1.3, 1.3а «ЭКСПЕРЕМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ МОМЕНТА ИНЕРЦИИ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ СИСТЕМЫ»
I. Цель работы: исследование особенностей проявления закона сохранения энергии и определение моментов инерции металлических колец.
II. Описание установки
 Рисунок 10 – Маятник Максвелла (общий вид)
|
Фотодатчик 5 и электромагнит 10 соединены с блоком электронным ФМ-1/1 (на рис. 10 не показан). Нажатие кнопки «Пуск» отключает питание электромагнита и включает отсчет времени. В момент прерывания светового потока фотодатчика диском маятника отсчет времени прекращается.
