Тарасов ЭУМК_Физика_бак_1_2 / 4 - лаб раб / I семестр / Лабораторная работа № 5
.pdfОглавление |
|
|
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
|
|
|
|
|
Iω2 |
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 |
(ΔS |
|
2 |
|
( |
|
2 |
||
S) |
0 |
) |
|
|
l) |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(S S |
|
2 |
|
|
|
|
l |
2 |
|
0 |
) |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
,
S |
(ΔS |
|
2 |
(ΔS |
|
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?