Удар – совокупность явлений, связанных со значительными изменениями скорости тела за малый промежуток времени (тысячные доли секунды).

Центральный удар – удар, при котором тела до удара движутся по прямой, проходящей через их центры масс.

Абсолютно упругий удар – столкновение двух тел, в результате которого в обоих взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и вся кинетическая энергия, которой обладали тела до удара, после удара снова превращается в кинетическую энергию. Выполняются законы сохранения импульса и механической энергии.

Абсолютно неупругий удар – столкновение двух тел, в результате которого тела объединяются, двигаясь дальше как единое тело. Выполняется закон сохранения импульса и не выполняется закон сохранения механической энергии: вследствие деформации часть кинетической энергии переходит во внутреннюю энергию тел.

Упругий удар занимает промежуточное положение между абсолютно упругим и абсолютно неупругим ударами.

В качестве меры механического взаимодействия тел при ударе служит импульс силы за время удара:

,

где – средняя сила при ударе.

Из II закона Ньютона измеряя время удараиизменение импульса тела за время удара , можно определить среднюю силу удара.

4.1. Проверка закона сохранения механической энергии с помощью прибора Гримзеля. (Лабораторная работа 7)

Приборы и принадлежности: прибор Гримзеля, масштабная линейка стальной шарик, полоски белой бумаги, копировальная бумага.

Теория метода и описание прибора

Прибор Гримзеля устроен следующим образом. На горизонтальной доске укреплена вертикальная стойка, которая имеет горизонтальную перекладину N. На двух других вертикальных стойках укреплена металлическая дуга СД, по которой перемещается электромагнит ЭМ. Электромагнит присоединен к аккумулятору. Ток в цепи электромагнита включается и выключается при помощи ключа К. К стойке Б шарнирно прикреплен алюминиевый стержень с медным кольцом на конце. В кольцо вставляется с легким трением шарик. Если кольцо с шариком отвести в сторону в положение А и включить ток, то электромагнит удержит шарик в этом положении. При выключении тока шарик придёт в движение по траектории, обозначенной дугой АВС ^/. Перемещая электромагнит по дуге, можно менять высоту поднятия шарика (рис. 4.1).

Рис. 4.1

Если m – масса шарика, то в точке А шарик обладает потенциальной энергией

, (4.1)

в точке В потенциальной энергией

. (4.2)

На пути АВ потенциальная энергия шарика уменьшилась на величину

. (4.3)

Одновременно шарик приобрел в точке В кинетическую энергию

. (4.4)

Скорость может быть найдена из следующих соображений.

В момент отрыва шарика скорость направлена по горизонтали. Во время полета шарика горизонтальная составляющая его скорости остается неизменной (и равной). Время полёта шарика можно определить по формуле

. (4.5)

Это время не зависит от скорости шарика в точке В. Таким образом,

(4.6)

и, следовательно, кинетическая энергия шарика в точке В равна

. (4.7)

По закону сохранения механической энергии величина кинетической энергии шарика в точке В равна изменению потенциальной энергии шарика между точками А и В, то есть

. (4.8)

После сокращения на mg равенство (4.8) принимает вид

. (4.9)

Выполнение равенства (4.8) или равносильного ему равенства (4.9) и требуется проверить экспериментально на приборе Гримзеля.