- •Общие сведения
- •Требования к выполнению лабораторных работ
- •Форма отчета
- •Обработка результатов измерений Погрешности измерений физических величин
- •Классификация погрешностей измерений
- •Обработка результатов прямых измерений
- •Обработка результатов косвенных измерений
- •Действия с приближенными числами
- •Построение графиков
- •Вывод по графику (шаблон):
- •Измерительные приборы и учет их погрешностей
- •Библиографический список
- •Моделирование случайной величины и исследование ее распределения
- •Краткие теоретические сведения
- •Измерения и обработка результатов
- •Контрольное задание
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Проверка второго закона ньютона на машине атвуда
- •Общие сведения
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение средней силы удара и коэффициента восстановления при соударении шара с плоской стенкой
- •Описание установки и метода измерений
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Исследование столкновения шаров
- •Описание установки и метода измерений
- •Проверить закон сохранения импульса
- •Определить среднюю силу удара
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение скорости пули
- •Определение скорости пули с помощью баллистического маятника Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Определение скорости пули кинематическим методом
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение момента инерции маховика
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение момента инерции маятника максвелла
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Изучение законов вращательного движения и определение момента силы трения
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Проверка основного закона динамики вращательного движения твердого тела
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение моментов инерции твердых тел методом крутильных колебаний
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы.
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение ускорения свободного падения маятником-стержнем
- •Описание установки и метода измерения
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список.
- •Пружинный маятник
- •Краткая теория
- •Продифференцировав дважды функцию (2) по времени, получим
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Проверка закона Гука
- •Определение коэффициента упругости
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение ускорения свободного падения оборотным маятником
- •Теоретические сведения
- •Описание установки и метода измерений
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Изучение колебаний струны
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Определение скорости звука в воздухе методом стоячей волны
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Изучение механических затухающих колебаний
- •Общие сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Контрольные вопросы
- •Определение скорости снаряда с помощью крутильного баллистического маятника
- •Теоретические сведения
- •Описание установки
- •Порядок выполнения работы
- •Контрольные вопросы
- •Библиографический список
- •Руководство по расчету случайной погрешности
- •Работа с калькулятором
- •Оглавление
Библиографический список
1. Детлаф, А. А. Курс физики / А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. – М.: Высш. шк., 1999. – §1.1–1.4, 2.1–2.4.
2.Трофимова, Т. И. Курс физики / Трофимова Т.И. – М.: Академия, 2004. – §1–3, 5–7.
3. Савельев, И. В. Курс общей физики в 3-х т. Т.1 / И. В. Савельев.– СПб.: Лань, 2005. – §3–4, 5–7.
4. Кингсеп, А. С. Основы физики: в 2-х т. Т. 1 / А. С. Кингсеп, Г. Р. Локшин, О. А. Ольхов. – М.: Физматлит, 2001. – Гл. 3 § 3.1–3.4.
5. Сивухин, Д.В. Общий курс физики: в 5-ти т. Т.1 / Д. В. Сивухин. – М.: Физматлит МФТИ, 2005. – § 9–12.
6. Курс физики: Учебник для вузов: в 2-х т. Т. 1 / Под ред. В. Н. Лозовского. – СПб.: Лань, 2006. – Гл. 1.1 § 1.4. Гл. 1.2 § 1.6–1.10.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
Определение средней силы удара и коэффициента восстановления при соударении шара с плоской стенкой
Цель работы: измерение времени соударения металлических тел, определение средней силы удара и коэффициента восстановления скорости.
Оборудование: массивная плита с мишенями из разных металлов, шар на подвесе, электронный секундомер.
Средняя сила взаимодействия двух тел определяется по второму закону Ньютона:
Величину средней силы можно вычислить, если измерить время взаимодействия тел Dt и приращение скорости Du.
Описание установки и метода измерений
Металлический шар 1 подвешен на тонкой проволоке (рис. 1). При вертикальном положении нити шар 1 почти касается одной из двух противоположных сторон массивной металлической плиты 2 (стороны плиты изготовлены из разных материалов). В момент удара шара о плиту замыкается электрическая цепь. Продолжительность удара шара о плиту определяют электронным секундомером 3 по времени замыкания шаром электрической цепи.
По второму закону Ньютона средняя сила взаимодействия, возникающая в момент удара шара о стенку,
где m - масса шара; - скорость шара после удара; - скорость шара перед ударом;t - время соударения. Скорость шара после удара о плиту направлена противоположно скорости до удара. Поэтому. Тогда численное значение силы взаимодействия
(1)
Исключим из формулы (1) скорости u и u.
Скорость шара u перед ударом можно вычислить, если знать угол a, определяемый по шкале 4, который образует нить подвеса шара с ее вертикальным положением до удара (рис 1).
По закону сохранения энергии
,
здесь h - высота, на которую поднят шар; u - скорость шара перед ударом. Тогда
,
Из рис. 1 следует, что
,
откуда
,
где l - расстояние от точки подвеса шара до его центра. Следовательно,
. (2)
После удара шар отскочит от плиты и поднимется на высоту h', нить подвеса отклонится от вертикального положения на некоторый угол g. По закону сохранения энергии
.
Аналогично (2) определим скорость шара после удара:
. (3)
Подставив (2) и (3) в (1),получим
. (4)
Формула (4) является расчетной.
Уменьшение угла отклонения нити подвеса шарика после удара его о плиту происходит потому, что удар не является абсолютно упругим, и часть механической энергии превращается во внутреннюю энергию соударяющихся тел.
Потери механической энергии при ударе характеризуются коэффициентом восстановления скорости Kc. Коэффициент восстановления скорости Kc в случае удара шара о массивную стенку определяется по формуле
. (5)
Подставим (2) и (3) в (5), получим расчетную формулу для определения коэффициента восстановления
(6)
В условиях опыта коэффициент восстановления скорости можно считать величиной, зависящей только от материала соударяющихся тел. Посредством Kc можно характеризовать упругие свойства того или иного материала. Очевидно, для реальных тел всегда Kc<1.
Порядок выполнения работы
1. Включить в электросеть электронный секундомер. Прогреть прибор в течение одной минуты.
2. Отвести шар от положения равновесия на угол α = 20о – 30о.
3. Отпустить шар, давая ему возможность один раз удариться о плиту.
4. Измерить угол, на который отклонится нить подвеса шара после удара его о плиту.
5. Измерить время удара электронным секундомером.
Опыт провести три раза при одном и том же угле a. Результаты измерений записать в табл. 1.
6. По найденным средним значениям <t>, <γ>, α и указанным на установке m, l вычислить среднюю силу взаимодействия шара с плитой по формуле (4).
Таблица 1
Номер опыта i |
Угол до удара ai |
Угол после удара gi |
Время взаимодействия ti, с |
Длина подвеса шара l, м
|
Масса шара m, кг |
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
<a> |
<g> |
<t> |
|
|
|
|
7. Вычислить коэффициент восстановления скорости по (6), используя средние значения <a>, <g>.
8. Подвесить шар с противоположной стороны плиты и произвести измерения и расчеты согласно п.п. 1-7 для другой пары соударяющихся тел. Результаты опыта занести в таблицу.
9. Вычислить погрешность измерения силы удара по формуле
,
где Δα = Δγ. Записать конечный результат.
10. Сделать вывод о связи времени удара с упругими свойствами материалов соударяющихся тел.