ТОР 5 статей: Методические подходы к анализу финансового состояния предприятия Проблема периодизации русской литературы ХХ века. Краткая характеристика второй половины ХХ века Характеристика шлифовальных кругов и ее маркировка Служебные части речи. Предлог. Союз. Частицы КАТЕГОРИИ:
|
Изучение центрального столкновения шаровЦЕЛЬ РАБОТЫ Изучение законов упругого и неупругого столкновения шаров. ПРИБОРЫ И ПРИНАДЛЕЖНОСТИ Установка для изучения соударения шаров. Набор шаров. Выпрямитель или трансформатор для питания электромагнита. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ Рассмотрим столкновение двух шаров. Скорости, импульс и энергия шаров до и после соударения связаны законами сохранения импульса и энергии: где и – массы шаров, и – скорости шаров до соударения, и – скорости шаров после соударения, – энергия, перешедшая во внутреннюю энергию шаров. В случае абсолютно упругого соударения шаров выполняется закон сохранения механической энергии и . Для абсолютно неупругого соударения , механическая энергия системы изменяется и . Введем критерий упругости соударения как отношение кинетической энергии системы сталкивающихся шаров после и до удара. показывает долю сохраненной механической энергии:
Для абсолютно упругого соударения . В случае абсолютно неупругого удара коэффициент и зависит от отношения масс соударяющихся шаров. В случае, когда второй шар до соударения покоился и ,
Для частично упругих соударений будет выполняться неравенство
В лабораторной работе экспериментально решаются две задачи: 1) определение доли сохраненной механической энергии различных пар сталкивающихся шаров ; 2) экспериментальная проверка закона сохранения импульса при соударении шаров. Пусть шары массами и подвешены в одной точке на нитях одинаковой длины (рис. 1). Шар покоится, а шар поднят на высоту и затем отпущен. После столкновения шары и расходятся, поднимаясь на высоту и соответственно. Выразим коэффициент через угол отклонения шара до столкновения и углы отклонения и шаров и после столкновения. В момент удара шар обладает скоростью . Скорости шаров сразу после соударения можно выразить через высоты и : , . Из ABC (рис. 1.1) следует, что , . Выражение (1) для коэффициента с учетом преобразуется к виду
где – угол отклонения шара до столкновения, и – углы отклонения шаров и после столкновения. Подстановка углов отклонения шаров , и в закон сохранения импульса с учетом, что дает выражение
Знак «» в формуле (4) соответствует случаю, когда шар после соударения движется в первоначальном направлении, а знак «–» – когда в противоположном. Для малых углов , и соотношения (3) и (4) можно представить в виде
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Конструктивно установка представляет собой треногу 1 на трех подъемных винтах, на которой укреплена труба 2, несущая подвески шаров (рис. 2). Один из шаров с массой покоится, а шар с массой отклоняется на некоторый угол. Для удержания шара в отклоненном положении включается электромагнит 3. По шкале 4 отсчитываются углы отклонения шаров в градусах.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ Определение коэффициента соударяющихся шаров 1. Выберите 3–4 различные пары шаров. 2. Проведите опыты по столкновению выбранных пар шаров. Для каждого опыта замерьте углы отклонения , и . Установите массы сталкивающихся шаров и . Для каждой пары шаров проведите 5 – 7 измерений углов и . Найдите их среднее значение: < > и < >. 3. Вычислите отношение масс и коэффициент по формуле (3) или (5), используя значения , < > и < > для каждой пары шаров. 4. Установите тип соударения шаров. Для этого сравните экспериментальное значение коэффициента с теоретическими значениями для абсолютно упругого ( =1) и для абсолютно неупругого соударений по (2). Данные занесите в таблицу (см. образец, табл.1). Таблица 1
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса 1. Для проверки закона сохранения импульса среди пар шаров выделите два опыта, близкие к абсолютно упругому и абсолютно неупругому соударениям. 2. По исходным данным , , , < >, < > выбранных столкновений вычислите отдельно левую и правую части соотношения (4). 3. Результаты занесите в таблицу (см. образец, табл.2).
Таблица 2
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1. Назовите основные задачи работы. Какие физические законы применяются для их решения? 2. Выведите рабочую формулу для вычисления коэффициента . 3. Опишите экспериментальную установку. Из каких основных частей она состоит и для чего нужен каждый элемент установки? 4. Дайте определение абсолютно упругого и абсолютно неупругого соударений. 5. Сформулируйте закон сохранения импульса. 6. При каких условиях сохраняется механическая энергия системы? 7. Докажите, что коэффициент энергетического восстановления , как доля сохраненной механической энергии, для абсолютно неупругого соударения равен . 8. Выведите формулы для скоростей шаров после абсолютно упругого и неупругого соударений, используя законы сохранения импульса и энергии. 9. Дайте определение механической энергии. Расскажите о видах механической энергии. 10. Что называется потенциальной энергией? Перечислите её свойства. 11. Что понимают под деформацией в механике? Какие виды деформаций Вы знаете? 12. Запишите закон Гука и укажите границы его применения. 13. Сформулируйте и запишите теорему об изменении кинетической энергии системы. 14. Дайте определение замкнутой и незамкнутой систем взаимодействующих тел. 15. Что понимают под консервативными и неконсервативными силами? Приведите примеры таких сил. 16. Движущийся шар массой m налетает на покоящийся шар массой М. Происходит абсолютно упругий центральный удар. При каком отношении масс шаров М/m шары после удара разлетаются в противоположных направлениях с равными по модулю скоростями? 17. Два тела массами 4,5 и 3 кг движутся в одной плоскости со скоростями 2 и 4 м/с. Направления движения тел составляют угол 90˚. Определите модуль импульса системы тел. Найдите скорость тел после абсолютно неупругого удара. 18. Два шарика массами 1 и 2 кг движутся навстречу друг другу вдоль одной прямой со скоростями 1 и 2 м/с соответственно. Определите изменение механической энергии шариков в результате абсолютно неупругого удара. 19. Два абсолютно упругих шара массами 1 кг и 500 г движутся навстречу друг другу вдоль прямой, проходящей через их центры, со скоростями 2 и 1 м/с соответственно. Определите максимальную энергию упругой деформации при ударе шаров. БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Савельев, И. В. Курс физики. В 3-х т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика./ И. В. Савельев.- М.: Наука, 1989.- 352 с. 2. Иродов, И. Е. Механика. Основные законы./ И. Е. Иродов.- М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2001.- 256 с. 3. Волков, В. Н. Физика. В 3-х т. Т. 1. Механика. Молекулярная физика./ В. Н. Волков, Г. И. Рыбакова, М. Н. Шипко; Иван. гос. энерг. ун-т.- Иваново, 1993. -230 с. Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском:
|