Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 - лаб раб / I семестр / Лабораторная работа № 5

.pdf
Скачиваний:
14
Добавлен:
13.03.2016
Размер:
975.49 Кб
Скачать

Оглавление

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5.................................................................................................................

2

1.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ .............................................................

2

2.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.............................................................................................

3

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...................................................................................................................

4

2

Лабораторная работа № 5

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ МЕТОДОМ

ФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКА

Цель работы: определение скорости пули через использование неупругого удара.

1. Описание установки и метода измерений

Лабораторная установка состоит из физического маятника и стреляющего устройства (РИС. 1).

Рис. 1

Стреляющее устройство 1 закреплено в станке и фиксируется направляющими 2, что позволяет точно прицеливаться в щель ловушки 3.

Физический маятник представляет собой длинную трубку 4, на нижнем конце которой прикреплена ловушка для пули в виде металлической коробки с щелью 3.

Верхний конец трубки шарнирно закреплён в точке подвеса к Г-образному штативу 5. Отклонение маятника на угол α измеряется с помощью указателя 6, закреплённого на ловушке, по шкале 7, находящейся под маятником (расстояние S S0, где S0 – начальное положение маятника, S – отклонение маятника).

Пуля, взаимодействуя с физическим маятником, неупруго тормозится и сообщает маятнику угловую скорость ω, в результате чего маятник отклоняется на угол α от вертикали.

Если время τ соударения пули с маятником мало по сравнению с периодом Т колебания физического маятника, то он не успевает заметно отклониться от исходного положения за время соударения. Учитывая также, что момент внешних сил мал (внешние силы значительно меньше внутренних), систему пуля-маятник можно рассматривать как квазизамкнутую и применять к ней закон сохранения момента импульса

mvl Iω,

(1)

где mvl – момент импульса пули до удара, I – момент инерции маятника с пулей относительно оси вращения физического маятника.

3

В нашем случае

I

m l

2

 

1

 

 

 

 

3

 

m2 m l2

2

 

l

m

 

3

1

 

3m2

3m

,

(2)

где m1 – масса трубы, m2 – масса ловушки, m – масса пули, l – расстояние от середины ловушки до точки подвеса.

Физический маятник, имея начальную угловую скорость ω, отклоняется на угол α (баллистический отброс). При подъёме маятника центр масс поднимется на высоту h. Закон сохранения механической энергии после удара запишется в этом случае в виде

 

 

 

 

 

2

m m m gh ,

 

 

(3)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

1

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

где h Rц. т. 1 cosα 2Rц. т. sin

2

 

α

; Rц. т. – расстояние от точки подвеса маятника до

 

 

 

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

центра тяжести системы,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

l

(m m)l

 

l(m 2m 2m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

 

2

 

 

 

Rц. т.

 

 

 

 

 

1

2

.

(4)

 

m

m m

2(m m m)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

1

2

 

 

Учитывая, что m m1, m2, получаем из (1), (2)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

v ωl m 3m

3m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

2

 

 

 

 

и, выражая ω из (3), окончательно получим

 

sin

α

v

2

 

m

 

2gl

 

2

 

1

3

 

m

 

 

5m m

1

2

6m2 2

.

(5)

Так как угол α мал, то можно положить

sin

α

 

α

2

2

 

 

(при этом α надо выражать в ра-

дианах), где α (S S0)/l, S и S0 измеряются по шкале, l – задано на установке.

2. Порядок выполнения работы

1.Взвесить на весах 5 пуль. Найти массу m одной пули. (Пули получить у лаборанта.)

2.Вставить одну пулю в стреляющее устройство и зажать с помощью пружины.

3.Произвести выстрел, одновременно наблюдая отклонение маятника S. Записать в ТАБЛ. 1 значение S. Проделать аналогичные измерения со всеми пулями.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S0

 

 

 

 

№ п/п

1

 

2

3

4

5

 

 

S

 

 

 

 

 

S

 

 

 

 

 

 

α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S, мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

S0 = …; S0 = …; l = …;

l = …;

Sинс = …;

Sсл = …

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Найти среднее значение угла α

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

α S S0 . l

5. Для этого значения α рассчитать скорость пули v по формуле (5). Значения l, m1, m2 указаны на установке.

4

6. Рассчитать погрешность

v по формуле

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2

 

 

2

 

1

 

 

2

 

 

2

2

(5m

 

2

 

 

α

 

 

m

 

 

l

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(2m 5m )

m

12m )

v v

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

2

1

1

 

2

α

 

m

4

l

 

 

2

 

 

2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(m

5m m 6m )

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

1 2

2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

2

 

2

 

 

 

 

 

 

,

где

α α

(

 

2

S

 

2

 

(

 

2

S)

0

)

 

 

l)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(S S

 

2

 

 

 

 

l

2

0

)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

,

S

S

 

2

S

 

2

сл

)

инс

)

 

 

 

 

 

.

Рассчитать относительную погрешность δv

 

v

.

v

 

 

 

 

 

Убедиться, что погрешность

g

мала по сравнению с другими погрешностями.

g

 

 

 

 

 

7. Записать окончательный результат в виде

v v

v

.

Контрольные вопросы

1.Что такое неупругий удар?

2.Что такое физический маятник?

3.Дать определение центра масс системы.

4.Сформулировать закон сохранения момента импульса.

5.Указать, какие силы являются внутренними, а какие внешними для рассматриваемой системы.

6.Сформулировать закон сохранения механической энергии и записать его для данного случая.

7.Что такое момент инерции тела относительно оси?

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.