Описание установки.

Общий вид экспериментальной установки показан на рисунке 2. Установка предназначена для измерения скорости двух подвижных тележек до и после их столкновения как упругого, так и неупругого. Состоит из алюминиевого рельса 1 длиной 1,5 м, установленного горизонтально на лабораторном столе с помощью опор 2. По рельсу могут скользить две тележки 3, 4 с колесами из сапфира, обеспечивающими малое трение качения. Масса каждой тележки 0,4 кг. Для измерения скорости на каждую тележку сбоку крепится легкий темный экран длиной 0,1 м. При движении тележки экран на какое-то время перекрывает свет в световых барьерах 5, 6 от источника света к приемнику света.

Рис. 2. Экспериментальная установка для исследования столкновений.

Скорость тележек определяется с помощью электронного блока управления Cobra3 (7) и компьютера. Массу тележек можно изменять с помощью дополнительных грузов 8. Тележкам можно сообщать импульс для соударений либо вручную, либо автоматически с помощью устройства 9. По проводам 10 передаются сигналы от световых барьеров 5, 6 к блоку 7. Подвижные тележки имеют насадки 11, которые обеспечивают упругий или неупругий характер столкновений. В случае упругого удара насадки состоят из упругого шнура и штока, упруго ударяющегося о шнур. В случае неупругого удара насадки выполнены в виде заполненного пластилином цилиндра и иглы, застревающей в пластилине при ударе. Расчет скорости и взаимодействие компьютера с интерфейсом осуществляется с помощью прилагаемой к установке программы Measure.

Экспериментальная часть.

Подготовка к работе.

1. Включите компьютер, выберите вход в систему Student, запустите программуMeasure. В меню «Прибор» нажмите кнопку «Кобра3-Таймер/Счетчик» (можно также воспользоваться кнопкой «Новое измерение» - красный кружок на панели инструментов).

2. Установите параметры для измерения скоростей в соответствии с рис. 3, где значение 0,1 m – длина экранов на тележках, а цифра 3 – три значащие цифры при определении скорости.

Рис. 3. Параметры для измерения скорости в программе Measure.

3. Соберите установку, согласно рисунку 2. Поставьте световой барьер 5, который подключен к разъему Timer 1 цифрового измерителя скорости 7, на расстоянии 50 см от торца рельса с пусковым устройством 9. Поставьте световой барьер 6, который подключен к разъему Timer 2, в 50 см от светового барьера 5.

4. Установите экраны длиной 10 см на каждую из двух тележек.

5. Отрегулируйте горизонтальность рельса с помощью уровня.

6. На тележку 3 слева установите насадку в виде иглы. Поставьте тележку 3 без дополнительных грузов на рельс, и подсоедините ее к устройству 9. В устройстве 9 имеются три режима передачи начальной кинетической энергии тележке при толчке. Рекомендуется выбирать третий режим с максимальной энергией для всех измерений.

7. Нажмите с помощью компьютерной мыши кнопку «Далее» в диалоговом окне на рис.3. На экране компьютера появится окно, показанное на рис.4.

Рис.4. Окно для отображения результатов измерения

скоростей движения тележек.

8. Нажмите на спусковой затвор устройства 9. Толкатель устройства приведет тележку 3 в движение. Тележка пройдет через световые барьеры, которые измерят ее скорость. На экране компьютера появятся значения скоростей движения тележки через первый и второй световые барьеры (Рис.4) Если значения скоростей отличаются более, чем на 0,01 м/с^*, дополнительно отрегулируйте горизонтальность рельса. Поочередно поставьте тележку в начало, середину и конец рельса. Убедитесь, что тележка может находиться в состоянии покоя.

*– погрешность в определении скорости обусловлена шириной оптического пучка в световом барьере на уровне движения экрана.

Упражнение 1. Упругие столкновения