Опис приладу

Загальний вигляд приладу для вивчення зіткнення куль зображено на рис. 2.1. На платформі 1 закріплена колона 2 з верхнім і нижнім кронштейнами. На верхньому кронштейні укріплені стрижні 3 і гвинт 4, який служить для установки відстані між кулями. До стрижнів 3 підвішені кулі 5 на дротинах, по яких підводиться напруга до куль з метою реєстрації часу співударяння.

На нижньому кронштейні закріплені косинці зі шкалами 6 і на спеціальних направляючих – електромагніт 7.

Болти 8 дозволяють пересувати електромагніт уздовж шкали і фіксувати його висоту. Силу, з якою електромагніт притягує кулю, можна регулювати гвинтом 9. Шкалу можна пересувати вздовж нижнього кронштейна, послабивши гвинт 10.

На підставці приладу укріплений мілісекундомір 11. На лицьовій панелі мілісекундомір має такі клавіші:

12 – «МЕРЕЖА» – вимикач мережі. Натискання цієї клавіші викликає включення напруги живлення, що супроводжується підсвіткою цифрових індикаторів (висвічується цифра «0»);

13 – «СКИДАННЯ ВИМІРУ» – скидання показу часу співударяння. Натискання цієї клавіші викликає скидання виміру часу (цифрові індикатори знову висвічують цифру «0»);

14 – «ПУСК» – управління електромагнітом. Натискання цієї клавіші відключає електромагніт, а наступне натискання – включає його.

Підготовка приладу до вимірювань: натиснути клавішу «МЕРЕЖА».

Всі індикатори вимірювача показують цифру «0». Прилад не потребує прогрівання і готовий до вимірювань.

Опис методу досліджень

В даній роботі значення швидкості кулі визначається за кутом відхилення нитки, на якій підвішена куля. Розглянемо кулю масою m, підвішену в точці О на нитці довжиною l (рис. 2.2).

Рис. 2.2. Схема руху математичного маятника

Якщо кулю вивести з положення рівноваги, відхиливши нитку на кут α, а потім відпустити, то в нижньому положенні куля буде мати швидкість υ, значення якої можна знайти із закону збереження енергії:

. (2.12)

Знайдемо з ΔАОВ, що , тоді . Підставивши в рівняння (2.12), та виконавши перепозначеня . отримаємо:

(2.13)

Використовуючи другий закон Ньютона в інтегральній формі , розрахуємо середнє значення сили , що діє між кульками під час їх стикання. Враховуючи, що ліва кулька до стикання знаходиться у стані спокою , для сили отримаємо наступний вираз

. (2.14)

Послідовність виконання роботи

1. Встановити на підвіси 15 дві кулі таким чином, щоб їх осьові лінії знаходилися на одній висоті.

2. Встановити гвинтом 4 таку відстань між стрижнями, щоб кулі дотикались одна до одної.

3. Вістря підвісів повинні при цьому вказувати на нулі шкал. У разі необхідності послабити гвинт 10, змістити ліву шкалу і знову закрутити гвинт.

4. Послабивши гвинт 8, встановити потрібне положення електромагніту (за вказівкою викладача) і закріпити гвинт.

5. Включити мілісекундомір в мережу.

6. Натиснути клавішу «МЕРЕЖА» мілісекундоміра.

7. Привести праву кулю (їй буде відповідати індекс «1») в зіткнення зі стрижнем електромагніту (якщо електромагніт не притягує кулю, то натиснути клавішу «ПУСК»).

8. Відрегулювати силу притягання кулі до електромагніту гвинтом 9. Електромагніт повинен утримувати кулю.

9. Праву кулю наблизити до електромагніту і закріпити її в цьому положенні, ліву – встановити нерухомо. Вістря підвісу лівої кулі повинно вказувати на нуль шкали (лівій кулі буде відповідати індекс «2»).

10. Записати значення кута , на яке вказує вістря підвісу правої кулі.

11. Натиснути клавішу «СКИДАННЯ».

12. Натиснути клавішу «ПУСК».

Після зіткнення куль записати кути і , на які відскочать кулі (оскільки стежити за двома кулями одночасно складно, то спочатку виконати десять дослідів, записуючи , a потім ще десять дослідів за тих же умов, записуючи ). При зіткненні однакових за масою куль записувати тільки значення і .

Тривалість t зіткнень куль прочитати на цифровому табло і записати. Стежити за тим, щоб зіткнення було центральним, тобто траєкторія руху після зіткнення повинна знаходитися в площині руху правої кулі до зіткнення. Вістря підвісів повинні рухатися паралельно до шкал, не зачіпаючи їх і не перетинаючи їх площину.

Кулі необхідно зважити.

Відстань l від точки підвісу до центра кулі виміряти лінійкою.

Всі дані вимірювань занести в таблицю 2.1. Визначити середні значення , і t.

Таблиця 2.1Таблиця результатів вимірювань

№ досліду	α10	Δα10	α2	Δα2	t	Δt	α1	Δα1
1 2 … … … 10
Середнє
υексп	υ10		υ2експ				υ1експ
υтеор			υ2теор				υ1теор
Імпульс до зіткнення
Імпульс після зіткнення

За формулою (2.13), використовуючи середні значення , визначити швидкості куль і записати в таблицю в графу .

За формулами: , і експериментальним значенням визначити теоретичні значення швидкостей і і занести їх до в таблиці в графу . Значення і , що входять до цих формул, дорівнюють масі відповідної кулі з урахуванням маси підвісу ( = 22 г). У разі відмінності між експериментальними та теоретичними значеннями швидкостей пояснити її причину.

Підрахувати імпульс куль до зіткнення й після співударяння і записати їх в таблицю (використовувати значення υ_експ).

Оцінити похибку визначення імпульсу і занести до таблиці.