Описание экспериментальной установки

Конструктивно установка представляет собой треногу (1) на трех подъемных винтах с трубой (2), несущей подвески (3) шаров. Бифилярный подвес (4), несущий шар, имеет возможность перемещаться, изменяя тем самым межцентровое расстояние. Перемещение направляющей с подвесами осуществляется при помощи ручки (5). Трос, закрепленный на концах направляющей, перекинут через ролик и, проходя внутри трубы, наматывается на валик. Ручка, связанная с валиком, выведена на лицевую сторону треноги. При изменении межцентрового расстояния левую шкалу необходимо сместить. Шар удерживается при помощи электромагнита (7), закрепленного на штанге (8) и способного перемещаться вдоль шкалы.

Измерения и обработка результатов

Задание 1.Проверка закона сохранения импульса.

Закон сохранения импульса проверяется при упругом (15) и неупругом (16) ударах. Формулы имеют вид:

, (15)

, (16)

где масса бьющего шара,масса покоящегося шара,скорости шаров до удара,скорости шаров после удара.

1. Определите массы двух различных стальных шаров.

2. Навесьте шары. Изменяя длины бифилярных подвесов, установите центры шаров в горизонтальной плоскости.

3. Перемещая бифилярный подвес левого шара с помощью ручки (5), приведите шары в соприкосновение.

4. Перемещением шкал добейтесь того, чтобы указатели шаров указывали на нулевые отметки шкал.

5. Произведите пробные удары, отклонив один шар. Плоскость качания должна быть параллельна шкалам. Удар должен быть центральным.

6. Включите электромагнит, приблизьте к нему правый шар. Изменяя положение электромагнита, задайте угол отклонения бьющего шара .

7. Отключите питание электромагнита и сделайте отсчет углов отклонения ишаров после удара.

8. Зная углы ,и, найдите скорости шаров до и после удара, используя формулу

(17)

Опыт проделайте не менее 5 раз для упругого удара (стальные шары) и 5 раз для неупругого удара (пластилиновые шары), рассчитывая каждый раз величины импульсов.

9. Данные измерений и вычислений занесите в таблицу 1.

10. Сравнить полученные значения импульсов до удара и после удара с целью проверки закона сохранения.

Таблица 1

№

m1

m2

m1

m2

1

1

2

v1

u1

v2

u2





u

кг

кг

кг

кг

град

град

град

м/с

м/с

м/с

м/с

град

град

м/с

1

2

3

4

5

Средний угол

sin

Задание 2.Определение коэффициента восстановления

1. Навесьте шары одинаковой массы в соответствии с пунктами 1 – 5 задания 1, произведите их установку. Удары, как и в задании 1, должны быть центральными. Векторы скоростей должны быть параллельны плоскости, в которой расположены шары.

2. Отсчитайте 8 – 10 соударений и измерьте величину (см. формулу 14) отклонения шара после последнего соударения. Опыт проведите не менее 5раз.

3. Измерьте амплитуду колебания одного шара без соударений, где n равно числу соударений при определении.

4. По формуле (14) вычислите величину коэффициента восстановления К.

5. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу 2.

Таблица 2

№	Sn,м	, м	K
1
2
3
4
5
среднее

Задание 3.Определение энергии остаточной деформации.

Как известно, всякий удар сопровождается остаточной деформацией. О степени деформации можно судить по величине энергии, затраченной на эту деформацию. Энергию остаточной деформации можно определить, зная коэффициент восстановления.

Если пренебречь сопротивлением среды, то закон сохранения энергии для удара двух одинаковых шаров запишется в виде:

, (18)

где энергия остаточной деформации одного шара, относящаяся к одному соударению. Полагая,и учитывая формулу (6) получим:

. (19)

Из формулы (19) можно найти энергию остаточной деформации. Сравните энергию остаточной деформации с полной кинетической энергией шара перед ударом.

Задание 4.Определение энергии остаточной деформации при неупругом ударе.

Закон сохранения энергии при неупругом ударе можно записать:

(20)

где m – масса бьющего пластилинового шара, v – его скорость в момент удара, масса ударяемого (неподвижного шара), g – ускорение силы тяжести, h – высота подъема двух шаров после удара в точке, когда u = 0,энергия остаточной деформации одного шара. Если пренебречь сопротивлением среды, то

. (21)

Подставим в (21) значение и. Тогда,

где – угол, на который отклоняется бьющий шар,– угол, на который отклоняются шары после удара.

Порядок выполнения такой же, как и в 1 задании. Опыт проделайте не менее 5 раз.