Министерство образования Российской Федерации
Нижегородский государственный университет им. Н.И.Лобачевского
Физический факультет
Отчет
по лабораторной работе
«Исследование столкновения шаров»
Выполнил:
студент группы №511
Кучин Д.П.
Проверил:
Позднеев Д.Б.
г. Нижний Новгород
2003 г.
Цель работы: исследовать столкновение шаров при центральном ударе.
Теоретическая часть.
При таком столкновении скорости шаров до и после взаимодействия направлены по линии, соединяющей их центры.
Наиболее простыми являются два идеализированных случая такого столкновения: абсолютно упругий и абсолютно неупругий удары. Если шары можно считать изолированной системой, то в первом случае выполняется закон сохранения механической энергии и импульса, а во втором – закон сохранения импульса.
Используя эти два закона, можно, зная массы шаров и скорости до удара, найти их скорости после удара. Так, для абсолютно упругого центрального удара можно подучить
(1)
(2)
где m1, m2 – массы шаров, V1, V2 – скорости шаров до удара, V1’, V2’их скорости после удара.
Для абсолютно неупругого удара найдем
(3)
где m1, m2 – массы. V1, V2 - скорости до удара, V1’, V2’– скорости обоих шаров после удара.
В действительности абсолютно упругий удар при столкновении макроскопических тел в чистом виде не реализуется. Однако в некоторых случаях столкновения оказываются весьма близкими к абсолютно упругим.
В данной работе исследуются столкновения шаров, изготовленных из различных материалов.
Описание установки
Исследование проводится на установке, показанной на рис. 1. Положение основания 1 регулируется с помощью опора 2.
Рис. 1. Установка для исследования столкновения шаров.
К основанию прикреплена колонка 3 с нижним 4 и верхним 5 кронштейнами.
Верхний кронштейн несет стержни 6 и вороток 7, служащий для регулировки расстояния между шарами. На стержнях 6 помещены передвигаемые держатели и с втулками 9, фиксирующими болтами 10 и верхними подвесами 2. К верхним подвесам крепятся провода 12, подводящие напряжение к нижним подвесам 13 и далее к шарам 14.
На нижнем кронштейне закреплены линейки со шкалами 15, 16 и передвижной электромагнит 17, фиксируемый болтами 18 и 19. С помощью маховичка 23 регулируется сила электромагнита. При необходимости изменить положение линеек 15, 16 следует отпустить гайки 20, установить линейки и закрепить их в этом положении гайками 20.
На основании 1 находится микросекундомер 21, подающий через разъем 22 напряжение к шарам и электромагниту.
Порядок работы
Перед началом работы следует убедиться в наличии и исправности заземления.
Отрегулировав (при необходимости) положение установки с помощью винтов 2, на подвесы 13 навинчивают выбранные для опыта шары. При навешивании шаров линии окружностей следует располагать на одном уровне (для получения центрального удара). Массы шаров определяются с помощью аналитических весов.
При необходимости регулируется длина проводов 12. Эта операция осуществляется только в присутствии преподавателя или лаборанта.
С помощью воротка 7 устанавливается такое расстояние между стержнями 6, чтобы шары только касались друг друга. Сместить линейки 15 и 16 так, чтобы указатели нижних подвесов 13 совместились с нулевыми делениями. Установить обе линейки в одной вертикальной плоскости. Концы указателей должны находиться в той же плоскости непосредственно над линейками.
В нужное положение устанавливается электромагнит 21.
После этих операций с разрешения преподавателя или лаборанта установку подключить к сети и нажать клавишу "сеть" на панели микроcекундомера.
При отжатой клавише "пуск" на электромагнит подается напряжение, так что он притянет поднесенный к нему шар и будет держать его до нажатия клавиши "пуск".
В опыте замеряется начальный угол отклонения ударявшего шара α1, углы отклонения шаров после удара: α1’– (ударяющего) и α2’– (ударяемого) и время удара в микросекундах, высвечиваемое на цифровом табло секундомера. После нажатия клавиш "сброс" и "пуск" опыт можно повторить.