Лабораторная работа 6. Изучение законов сохранения импульса и энергии при упругом ударе (4 ч)

Цель – ознакомиться с явлением удара на примере соударения подвешенных на нитях упругих шаров.

Приборы и материалы: измерительная установка, набор шаров.

Рис. 6.1

Измерительная установка (рис. 6.1) представляет собой основание 1 на трех регулируемых винтах 9 для выверки ее по уровню. На основании смонтирована стойка 4, несущая подвески 5 шаров 3 и штангу 6, на которой крепится электромагнит 7. Для отсчета положения шаров имеются две шкалы, проградуированные в градусной мере. Первая шкала 8 установлена так, что указатель положения правого шара в положении равновесия располагается над нулевой отметкой шкалы. Левая шкала 2 может перемещаться, ее следует расположить так, чтобы нулевая отметка находилась против указателя левого шара в положении равновесия последнего. Электромагнит 7, служащий для удержания правого шара в исходном положении для бросания, закрепляется в нулевом положении винтом, находящимся на оправке электромагнита. Питание электромагнита осуществляется постоянным током напряжением 6 В. Все шары имеют указатель равновесия и крючок для подвеса, а шары из немагнитных материалов – специальные металлические накладки для удержания их электромагнитом.

В данной работе рассматривается удар шаров, подвешенных в виде маятника, причем один шар до удара покоится (= 0).

Удар происходит в положении, соответствующем равновесию тел, и является центральным, прямым и упругим.

Задание 1. Определение коэффициента восстановления энергии при упругом ударе

1. Проверить горизонтальность основания установки. При необходимости откорректировать ее с помощью винтов 9.

2. Подвесить упругие шары и произвести центровку.

3. Отвести правый шар в крайнее положение на до соприкосновения с электромагнитом.

4. Разомкнув цепь электромагнита, произвести удар правым шаром по находящемуся в равновесии левому шару, взять отсчет первого отброса обоих шаров α₁ и α₂. Удар из данного положения повторить не менее пяти раз. Результаты измерения занести в табл. 6.1.

5. Используя закон сохранения механической энергии, получим значения скоростей шаров до и после удара:

,

соответственно

, , (6.1)

где ₁ – скорость первого шара до удара;

U₁, U₂ – скорость шаров после удара;

–высота, с которой падает правый шар;

–высота поднятия шаров после удара.

Рис. 6.2

Для определения высоты поднятия шара воспользуемся рис. 6.2, из которого видно, что , откудаили.

6. Подставив значения h₁ в формулы (6.1), получим соответственно

, (6.2)

, (6.3)

, (6.4)

где – угол бросания первого шара;

<>,– средние значения углов отскока шаров.

7. Рассчитать средний коэффициент восстановления энергии (табл. 6.1), который характеризует рассеяние энергии по формуле

, (6.5)

где – суммарная кинетическая энергия шаров до удара;

–суммарная кинетическая энергия шаров после удара.

Используя формулы для расчета скоростей (6.2, 6.3, 6.4) и формулу расчета кинетической энергии, получим

_(6.6)

Опыт провести для случаев: 1) ; 2).

Оценить результат и сделать вывод.

Таблица 6.1