Описание установки

Установка для изучения центрального удара шаров состоит из прибора, изображенного схематически на рис. 8.1, и электронно-счетного частотомера Ч3-63.

Рис.8.1

Один из шаров (см. рис. 8.1) отводится из положения равновесия на угол и отпускается. Заметив крайнее отклонениеа нити по шкале перед ударом, можно, используя закон сохранения энергии, определить импульс и скорость шара непосредственно перед ударом:

(8.3)

где H — высота подъема шара в крайнем положении; — кинетическая энергия шара;p — его импульс непосредственно перед ударом.

При установлении связи между кинетической энергией и импульсомp следует иметь в виду, что в рассматриваемом случае движение шара может быть представлено как наложение двух движений: поступательного движения по окружности радиуса l и вращения вокруг оси, перпендикулярной плоскости движения и проходящей через центр шара. В этом случае кинетическая энергия складывается из энергии поступательного и энергии вращательного движения. Однако легко показать, что в данном случае вклад энергии вращательного движения незначителен и с достаточной степенью точности уравнение (8.3) можно считать справедливым.

Как следует из рис. 8.1,

(8.4)

(8.5)

угол определяется из соотношения:

Измерение времени соударения шаров производится с помощью электронно-счетного частотомера ЧЗ-63. Электронно-счетный частотомер широко применяется в лабораторной практике. Он предназначен для измерения частоты и периода сигналов, длительности импульсов, счета числа электрических сигналов и т.д.

В настоящей работе частотомер используется для определения длительности сигнала. В этом случае счетный блок подсчитывает количество импульсов известного периода за время, равное длительности измеряемого сигнала. Импульсы известного периода формируются кварцевым генератором, находящимся внутри прибора.

В работе используются металлические шары, подвешенные на проводах. Шары включены в электрическую цепь, схема которой представлена на рис. 8.2. Она состоит из источника питания и сопротивленияR. В момент начала соударения, цепь замыкается, появляется ток и на сопротивленииR возникает напряжение После окончания соударения (в момент) шары расходятся, цепь размыкается и напряжениестановится равным нулю. Напряжениеподается на вход каналаБ частотомера. Таким образом, длительность сигнала, подаваемого на вход частотомера, равна времени соударения

Рис.8.2

Для удобства работы установка снабжена магнитным устройством для удержания шара в крайнем положении (на рис. 8.1 это устройство не показано). Магнитное устройство обеспечивает перемещение магнита в вертикальном направлении вдоль штатива установки и в двух горизонтальных направлениях вдоль соответствующих направляющих. Питание магнита производится от выпрямителя УНИП-7. Подаваемое напряжение на магнит 10-15 В. Включение магнита производится кнопкой«Магнит», расположенной на штативе установки под шкалой (см. рис. 8.1). Включение источника питания (выпрямитель УНИП-7), подающего напряжение на шары, производится тумблером«Вкл.», расположенным там же.