Литература

1. Пономаренко В.И., Ильин Ю.М. Курс общей физики. Механика. – Киев: Изд-во «ВИПОЛ», 1997. – 212 с.

2. Сивухин Д.В. Общий курс физики. Механика. – М.: Наука, 1974.

3. Стрелков С.П. Механика. М.: Наука, 1975.

4. Матвеев А.Н. Механика и теория относительности. М.: Высшая школа, 1976.

Лабораторная работа №2

Проверка закона сохранения импульса при столкновении шаров

Оборудование: прибор для исследования столкновений шаров, комплект шаров.

Теоретическая часть

При соударении тел друг с другом они претерпевают деформации. При этом кинетическая энергия, которой обладает тело перед ударом, частично или полностью переходит в потенциальную энергию упругой деформации и внутреннюю энергию тел.

В случае, когда после удара форма тела восстанавливается, удар называют упругим. При упругом ударе общая кинетическая энергия соударяющихся тел остается неизменной. При неупругом ударе кинетическая энергия частично переходит в другие виды энергии и тело после удара приобретает остаточную деформацию.

Отличительной особенностью ударов является малость времени взаимодействия с. Главный интерес при рассмотрении столкновения заключается в знании не самого процесса, а результата. Ситуация до столкновения называется начальным состоянием, после – конечным состоянием.

Между величинами, характеризующими начальное и конечное состояния, соблюдаются соотношения, независящие от детального характера взаимодействия. Наличие этих соотношений обуславливается тем, что совокупность частиц, участвующих в столкновении, составляет изолированную систему, для которой справедливы законы сохранения энергии, импульса и момента импульса.

Импульс шаров до столкновения определяется по формуле

, (1)

где  масса ударяющего шара вместе с подвеской,  скорость ударяющего шара.

Для определения скорости ударяющего шара приравняем потенциальную энергию шара, отклоненного первоначально на угол и его кинетическую энергию к моменту удара о второй шар

, ,

где - высота первоначального положения ударяющего шара (за нулевую отметку взято положение центра масс покоящегося шара).

В

Рис. 1

ысоту подъема найдем из геометрических соображений (рис. 1)

.

Тогда , (2)

где  ускорение свободного падения,  длина подвески шаров,  угол с которого шар был пущен.

Суммарный импульс шаров после упругого столкновения определяется по формуле

. (3)

где  масса ударяемого шара с подвеской;

скорость ударяющего шара после столкновения;

 скорость ударяемого шара после столкновения.

Скорости и определяются по формулам:

, (4)

(5)

где  угол, на который после столкновения отскочил ударяющий шар;  угол, на который после столкновения отскочил ударяемый шар.

Суммарный импульс шаров после идеального неупругого столкновения определяется по формуле

. (6)

где  общая скорость шаров после идеального неупругого столкновения.

Общая скорость шаров определяется по формуле

, (7)

где  угол, на который после столкновения отскочит ударяемый шар вместе с ударяющим.

Описание экспериментальной установки

О

Рис. 2 Экспериментальная установка FPM-08

бщий вид прибора для исследования столкновения шаров FРМ08 представлен на рис. 2. Основание 1 оснащено регулируемыми ножками 2, которые позволяют провести выравнивание прибора. В основании закреплена колонка 3, к которой прикреплен нижний кронштейн 4 и верхний кронштейн 5.

На верхнем кронштейне прикреплены кронштейны со стержнями 6 и вороток 7, служащий для установки расстояния между шарами. На стержнях 6 помещены передвигаемые держатели 8 с втулками 9, фиксированные при помощи болта 10 и приспособленные к прикреплению подвесов 11. Через подвесы 11 проведены провода 12, подводящие напряжение к подвесам 11,13, а через них к шарам 14. После отвинчивания винтов в подвесах 11 можно установить длину подвески шаров.

На нижнем кронштейне закреплены угольники со шкалами 15, 16, а на специальных направляющих закреплен электромагнит 17.

После отвинчивания болтов 18, 19 электромагнит можно передвигать вдоль правой шкалы и фиксировать высоту его установки. Силу электромагнита можно регулировать воротком 23.

Угольники со шкалами также могут передвигаться вдоль нижнего кронштейна. Для изменения их положения надо отпустить гайки 20, подобрать положение угольников, а затем довинтить гайки.

Прибор содержит микросекундомер FPM16 21. Прибор передает через разъем 22 напряжение к шарам и электромагниту.

Л

Рис. 3

ицевая панель FPM16 представлена на рис. 3. На ней находятся следующие кнопки:

СЕТЬ  выключатель сети. Нажатие этой кнопки вызывает включение питающего напряжения. Визуально объявляется это свечением цифровых индикаторов (высвечивающих нуль);

СБРОС  сброс измерителя. Нажатие этой кнопки вызывает сброс показпний микросекундомера;

ПУСК  управление электромагнитом. Нажатие этой кнопки вызывает освобожение электромагнита и генерирование в микросекундомере импульса разрешения на измерение.