- •1, 2 Курсов всех факультетов и форм обучения
- •Вводное занятие
- •1. Основные понятия теории измерений
- •2. Лабораторная установка
- •3. Математическая обработка результатов измерений
- •4. Предварительная подготовка к выполнению лабораторных работ
- •5. Оформление результатов лабораторных работ
- •6. Построение графиков
- •7. Задания
- •8. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Измерение времени соударения упругих тел
- •1. Описание установки и эксперимента
- •2. Зависимость времени удара от размера шара
- •3. Задания
- •4. Контрольные вопросы
- •Измерение начальной скорости пули с помощью баллистического маятника
- •1. Описание установки и эксперимента
- •2. Зависимость скорости пули от ее массы
- •3. Оценка стандартного Рис. 3 отклонения величины V –2
- •4. Задания
- •5. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Изучение вращательного движения маятника обербека
- •1. Описание установки и эксперимента
- •Маятник Обербека
- •2. Зависимость углового ускорения маятника от массы m ускоряющего груза
- •3. Измерение углового ускорения
- •4. Задания
- •5. Контрольные вопросы
- •Определение момента инерции маятника обербека
- •1. Зависимость момента инерции маятника от расстояния грузов до оси вращения
- •2. Измерение момента инерции маятника
- •Для расчетов представим момент инерции в окончательном виде
- •2. Задания
- •3. Контрольные вопросы
- •Рекомендуемая литература
- •Определение отношения теплоемкостей методом клемана и дезорма
- •1. Описание методики работы
- •Решая систему (1)–(3), получим уравнение для нахождения γ. В него, кроме давлений, которые легко измеряются манометром, больше ничего не входит:
- •2. Описание экспериментальной установки
- •3. Измерение
- •4. Теоретическое значение
- •Рекомендуемая литература
- •2. Задания
- •2. Описание эксперимента Рис. 2 Рис. 2
- •3. Задания
- •4. Контрольные вопросы
- •Литература
- •Содержание Вводное занятие 3
- •Внутреннего трения (вязкости) жидкости по методу
3. Задания
1. Произведите измерения времени соударения четырех шаров (по 10 измерений для каждой пары).
2. Представьте зависимость времени соударения шаров в виде графика от D с учетом значения величины , найденного Вами на вводном занятии.
Результаты измерений и расчеты в данной работе удобно оформить в виде следующей таблицы:
D, мм |
, мкс |
<>, мкс |
, мкс |
= <> ± , мкс |
|
|
|
|
|
В последнем столбике таблицы наименьший разряд значения величины должен совпадать с разрядом значения величины .
4. Контрольные вопросы
Какова цель данной работы?
Как в работе измеряется время соударения шаров?
Что такое система центра инерции?
Как записывается в данной работе закон сохранения импульса?
Как записыается закон сохранения энергии и какие при этом принимаются допущения?
Перечислите все допущения, принятые при выводе теоретической зависимости времени соударения шаров от их диаметров.
Получите зависимость от D при упругом соударении двух сплошных цилиндров, радиусы которых равны радиусу шара, а длина – диаметру шара, в случае, если цилиндры ударяются торцевыми поверхностями.
Получили ли Вы ожидаемую зависимость времени соударения шаров от их диаметров? Что это означает?
Для изучения этой темы рекомендуется учебник Савель-ев И. В. Курс общей физики: – М.: Наука, 1989. – Т. 1 (§ 13, 16, 23, 25).
Лабораторная работа № 2
Измерение начальной скорости пули с помощью баллистического маятника
Определение начальной скорости снаряда методом баллистического маятника является одним из примеров использования на практике процесса неупругого удара. В данной работе с помощью баллистического маятника определяются скорости пуль различных масс. Скорость пули и теоретическая зависимость скорости от массы рассчитываются на основе законов сохранения импульса и энергии. Экспериментально полученная зависимость скорости пули от массы сравнивается с теоретической.
1. Описание установки и эксперимента
Баллистический маятник (рис. 1) представляет собой подвешенный на длинных тонких нитях массивный цилиндр массы М, заполненный пластелином. В цилиндр в горизонтальном направлении стреляют пулей массы m из пружинного пистолета Р, неподвижно закрепленного вблизи маятника. Пуля входит в пластилин и дальше продолжает двигаться вместе с маятником. В результате маятник отклоняется от положения равновесия. Максимальное отклонение регистрируется механизмом.
Измерение скорости пули. Происходящий процесс можно представить в виде двух таких этапов.
Пуля застревает в пластилине, при этом импульс системы, состоящей из пули и маятника, сохраняется.
Маятник получает импульс и отклоняется от положения равновесия до тех пор, пока вся его кинетическая энергия не перейдет в потенциальную.
В соответствии с этим при расчете скорости пули можно использовать следующие теоретические представления:
1. Для первого этапа закон сохранения импульса записываем в виде
mV = (m + M)V1 , (1)
где V – начальная скорость пули; V1 – скорость маятника-мишени с застрявшей в нем пулей сразу после удара. Левая часть уравнения – импульс пули, правая – импульс маятника вместе с пулей.
Закон сохранения импульса мы можем использовать для расчета только при допущении, что за время столкновения пули с маятником смещения маятника практически не происходит. Только при этом условии сумма сил, действующих на систему маятник–пуля, равна нулю (маятник практически находится в положении равновесия).
Рис. 1
2. Приобретя импульс и кинетическую энергию, маятник-мишень начинает двигаться в поле силы тяжести. Предполагаем, что кинетическая энергия переходит только в потенциальную (хотя она расходуется и на преодоление сопротивления воздуха, трения в подвесе, трения в механизме, измеряющем отклонение, и т. д.). Закон сохранения энергии записываем в виде
(m + M)V12/2 = (m + M)gh, (2)
Рис. 2
где g – ускорение свободного падения; h – высота подъема маятника (рис. 2);
3. Исключив из выражений (1) и (2) скорость маятника V1, можно по высоте его подъема h определить начальную скорость пули V. Однако гораздо проще, чем высоту подъема, измерить горизонтальное смещение маятника x при помощи механизма (см. рис. 1). Из рис. 2 видно, что треугольники прямоугольные и подобные.
Тогда
h/x = x / (2l – h) , (3)
где l – длина нити. При малых углах отклонения маятника l >>h. Тогда из (3) получаем
(4)
Решаем систему (1), (2), (4)
. (5)
Введя обозначение =K, записываем V = Kx.
Таким образом, измерение скорости в этой работе – косвенное измерение. Зная значение K и измерив несколько раз смещение x, рассчитываем среднее значение <x> и значение скорости пули
<V> = K<x> . (6)