2. Метод работы

Условия соударения – удар центральный, бьет правый шар (отводится и удерживается электромагнитом) по покоящемуся левому.

Теория – классическая. Метод измерения скоростей шаров – баллистический, мерой скорости служит величина угла отброса шаров, отсчитываемая по круговой шкале.

Пренебрегая затуханием колебаний за 1/4 Т (периода колебаний) можно считать, что потенциальная энергия шара в отведенном положении равна его кинетической энергии в положении равновесия:

       ,                (2.1)

откуда

.                   (2.2)

Из рис. 3 следует или, гдеb– длина подвеса шарика иh– высота его отклонения от положения равновесия.

Выражаем h:

    .   (2.3)

Значение h из (2.3) подставляем в (2.2) и получаем:

.

Следовательно, скорость шаров до и после удара может быть определена по углу отклонения от вертикали по формуле

          .                                         (2.4)

3. Описание установки

Установка включает в свой состав: основание, вертикальную стой­ку, верхний кронштейн, корпус, электромагнит, нити для подвески металлических шаров, провода для обеспечения электрического кон­такта шаров с клеммами.

Основание снабжено тремя регулируемыми опорами и зажимом для фиксации вертикальной стойки.

Вертикальная стойка выполнена из металлической трубы.

На верхнем кронштейне вертикальной стойки 1, предназначенном для подвески шаров, расположены узлы регулировки2, обеспечивающие прямой цент­раль­­ный удар шаров, и клеммы.

На корпусе установки закреплена шкала угловых перемеще­ний 3.

Электромагнит 4предназначен для фиксации исходного положения одного из шаров.

Установка работает от блока электронного ФМ 1/1 5.

4. Порядок выполнения работы

1.Подготовка установки к работе

Для предотвращения опрокидывания установки необходимо располагать ее только на горизонтальной поверхности.

Подключить клеммы верхнего кронштейна и электромагнит уста­новки к блоку электронному БЭ ФМ-1/1 (далее – блок) при помощи кабеля. Вилку с маркировкой «Э» вставить в розетку электромагнита.

Вставить шары в скобы подвеса.

С помощью регулировочных опор выставить основание установки таким образом, чтобы нижние визиры скоб подвеса указывали на нули шкал.

Отрегулировать положение шаров в вертикальной и горизонталь­ной плоскостях до совмещения верхних визиров скоб подвеса. Регули­ровку производить с помощью изменения длины подвеса шаров, а также изменяя положения узлов крепления нитей на верхнем кронштейне.

2.Изучение законов сохранения импульса и энергии при ударе:

1.Определение коэффициентов восстановления скорости и энер­гии для случая упругого удара шаров.

В правую скобу подвеса вставить алюминиевый шар со стальной вставкой, а в левую скобу алюминиевый шар без стальной вставки.

Нажать кнопку «СЕТЬ» блока. При этом должны включиться табло индикации и электромагнит.

На пульте блока нажать кнопку «СБРОС». При этом на табло индикации высветятся нули, на электромагнит подается напряжение.

Отвести правый шар на угол _бр(примерно четырнадцать градусов) и зафиксировать его с помощью электромагнита. Нажать кнопку «ПУСК». При этом произойдет удар шаров.

При помощи шкал визуально определить углы отскока правого ₁и левого₂шаров. Измерение углов отскока повторить 3 раза.

По мето­дике, приведенной выше, измерить углы отскока для стальных и бронзовых пар шаров.

Рассчитать значение скорости правого и левого шаровдо удара, а также V₁и V₂после удара по формуле (2.4). Значения скоростей занести в таблицу.

Коэффициент восстановления скорости можно определить по фор­муле (1.18):

,

где V_пр и V_лев – скорости соответственно правого и левого шаров до соударения; V₁ и V₂ – скорости соответственно правого и левого шаров после соударения.

Коэффициент восстановления энергии можно определить по формуле

, (4.1)

где m₁ – масса правого шара; m₂ – масса левого шара; ₁ – угол отскока правого шара; ₂ – угол отскока левого шара; _бр – угол бросания правого шара.

Примечание: значения масс шаров указаны на установке.

Потерю энергии (энергию диссипации) при частично упругом соударении шаров можно определить по формуле

. (4.2)

Формулы (4.1) и (4.2) вывести самостоятельно.

2. Проверка закона сохранения импульса

Вычислить импульсы правого и левого шаров до удара и после удара. Значения занести в таблицу.

По результатам расчета сделать вывод о выполнении закона сохранения импульса.

3. Определение времени и силы соударения шаров

Вставить стальные шары в скобы подвеса. Нажать кнопку «СЕТЬ» блока. При этом должны включиться табло индикации и электромагнит.

На пульте блока нажать кнопку «СБРОС». При этом на табло индикации высветятся нули, на электромагнит подается напряжение.

Отвести правый шар на угол _бр (примерно четырнадцать градусов) и зафиксировать его с помощью электромагнита.

Нажать кнопку «ПУСК». При этом произойдет удар шаров. По таймеру блока определить время соударения шаров t (первое появившееся на правом табло значение). Нажать кнопку «СБРОС».

Определить время соударения для других пар шаров по мето­дике, приведенной выше.

Сделать вывод о зависимости времени соуда­рения от механических свойств материалов соударяющихся шаров (таблица).

Используя второй закон Ньютона, определить величину силы соударения каждой пары шаров по формуле

, (4.3)

где V и V^ – скорости до и после удара данной пары шаров.

Таблица

Первая пара шаров

До удара

После удара

Правый шар

Левый шар

Правый шар

Левый шар

m1

бр

Vпр

m1Vпр

m2

лев

Vлев

m2Vлев

1

V1

m1V1

2

V2

m2V2

Среднее

Среднее

Среднее

Среднее

miVj =

miVj =

Вторая пара шаров

m1

бр

Vпр

m1Vпр

m2

лев

Vлев

m2Vлев

1

V1

m1V1

2

V2

m2V2

Среднее

Среднее

Среднее

Среднее

miVj =

miVj =

Третья пара шаров

m1

бр

Vпр

m1Vпр

m2

лев

Vлев

m2Vлев

1

V1

m1V1

2

V2

m2V2

Среднее

Среднее

Среднее

Среднее

miVj =

miVj =