Порядок выполнения работы и обработка результатов измерений

1. Взвесить на весах шарик, вставить его в кольцо, измерить линейкой высоту H₂ (рис. 4.1).

2. Закрепить электромагнит в некотором положении, включить ток в его обмотке.

3. Отклонить шарик до соприкосновения с электромагнитом и измерить линейкой высоту H₁.

4. Выключить ток, измерить расстояние l, предварительно положив лист белой бумаги с копировкой на столик прибора. Измерения проводить 5 раз. Найти l_ср и ∆l.

5. Опыт повторить еще для двух высот H₁.

6. В соответствии с формулой (4.9) рассчитать соотношение

(4.10)

и абсолютную ошибку ∆γ по формуле

. (4.11)

7. Зная m и g, найти Т и разность П_А –П_В и сравнить их.

8. Результаты измерений и расчётов рекомендуется занести в табл. 4.1.

9. Сделать выводы.

Таблица 4.1

№	H1, мм	H2, мм	l, мм	lср, мм	γ	Δγ	Т, Дж	ПА-ПВ , Дж
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5
1 2 3 4 5

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель работы.

2. Энергия. Работа как способ передачи энергии. Величина работы. Единицы измерения энергии, работы.

3. Кинетическая энергия. От чего она зависит?

4. Потенциальная энергия. Знак и величина потенциальной энергии. От чего она зависит?

5. Замкнутая система тел. Система каких тел рассматривается в работе? Является ли она замкнутой?

6. Консервативные (потенциальные) силы, системы. Является ли рассматриваемая в работе система консервативной?

7. Закон сохранения механической энергии. Выполняется ли он в работе? Покажите это на основе результатов измерений.

8. Как рассчитывается кинетическая энергия в работе (выведите формулу)?

9. Может ли быть T>ΔП, Т<ΔП ?

10. Порядок выполнения работы, обработка результатов измерений и их анализ.

11. Сделайте выводы по работе.

4.2. Удар шаров. (Лабораторная работа 8)

Приборы и принадлежности: прибор для исследования столкновения шаров FPM-08 или ФМ-17, линейка.

Теория метода и описание прибора

В настоящей работе рассматривается упругий удар шаров, подвешенных в виде маятников, причем один шар до удара покоится (). Удар происходит в положении, соответствующем равновесию тел, и является центральным и прямым. Применяем к ударяющимся шарам закон сохранения импульса для упругого удара

. (4.12)

Для шаров одинаковой массы в проекциях на горизонтальное направление . На основании закона сохранения энергии можно записать:

. (4.13)

Учитывая равенство масс соударяющихся шаров, уравнение (4.13) можно записать в виде

.

Решая совместно (4.12) и (4.13) с учетом равенства масс, получим:

или .

При упругом ударе часть кинетической энергии шаров переходит в энергию остаточной деформации, тогда

.

В этом случае для относительных скоростей получим следующее соотношение:

.

Относительная скорость изменит направление на противоположное, уменьшаясь по абсолютной величине. Для количественной оценки уменьшения относительной скорости вводится коэффициент восстановления скорости

, в нашей работе . (4.14)

В условиях опыта K_v может считаться величиной, зависящей только от материала соударяющихся тел. Коэффициент восстановления скорости служит для характеристики упругих свойств различных материалов и может принимать значения от 0 до 1. Для реальных тел K_v <1.

Не абсолютно упругий удар сопровождается остаточной деформацией. Энергию остаточной деформации можно определить из закона сохранения энергии, для одинаковых шаров получим следующее выражение:

. (4.15)

Коэффициент восстановления энергии определяется как отношение суммарной кинетической энергии тел после удара к суммарной кинетической энергии тел до удара

, в нашей работе . (4.16)

Шар, отведенный от положения равновесия на угол α (рис. 4.2), об-

Рис.4.2

ладает запасом потенциальной энергии П = m1gh. Эта энергия в начальный момент удара полностью переходит в кинетическую энергию , откуда. Из∆АВС следует ,. Подставивh в уравнение для v1, получим

. (4.17)

До столкновения импульс шаров определяется по формуле

. (4.18)

После упругого столкновения

. (4.19)

где – скорость первого шара после удара,– скорость второго шара после удара.

Скорости u₁ и u₂ находим по формулам:

, (4.20)

, (4.21)

где α₁ и α₂ – угловое расстояние, на которое после удара переместились первый и второй шары.