1 семестр / molekulyarka_i_mekhanika_fizika_2015-16 / Лаб. раб. №1.7а изм 15.12

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.7а

«СОУДАРЕНИЕ ШАРОВ»

I. Цель работы: проверка закона сохранения импульса на примере прямого центрального соударения шаров из различных материалов, подвешенных на нитях, определение характера наблюдаемых ударов (упругий, неупругий), силы удара, коэффициентов восстановления.

II. Описание установки.

Установка включает в свой состав: основание, вертикальную стойку, верхний кронштейн, корпус, электромагнит, нити для подвески металлических шаров, провода для обеспечения электрического контакта с клеммами.

Основание снабжено тремя регулируемыми опорами и зажимом для фиксации вертикальной стойки.

Вертикальная стойка выполнена из металлической трубы

На верхнем кронштейне, предназначенном для подвески шаров, расположены узы регулировки, обеспечивающие прямой центральный удар шаров, и клеммы.

На корпусе нанесена шкала угловых перемещений и установлен электромагнит, предназначенный для фиксации исходного положения одного их шаров.

Металлические шары выполнены попарно из алюминия, латуни и стали.

III. Методика измерений и расчетные формулы.

Из закона сохранения импульса (второй шар неподвижен, V₂=0) имеем:

, (1)

где m₁ – масса правого шара, г (взвесить на лабораторных весах);

m₂ – масса левого шара, г;

– скорости шаров после соударения, м/с;

–скорость правого шара до соударения, м/с.

Скорости шаров до и после соударения можно определить по формулам:

, (2)

, (3)

, (4)

где l – расстояние от точки подвеса до центра тяжести шаров, м;

α_бр – угол бросания, град;

α₁ – угол отскока правого шара, град;

α₂ – угол отскока левого шара, град.

Коэффициент восстановления скорости можно определить по формуле:

, (5)

Коэффициент восстановления энергии можно определить по формуле:

, (6)

Потерю энергии при частично упругом соударении шаров можно определить по формуле:

, (7)

IV. Порядок выполнения работы

1. Определение времени соударения шаров

1. Установите стальные шары на иглы подвеса.

2. С помощью регулировочных опор выставите основание в горизонтальное положение, ориентируясь по уровню.

3. Отрегулируйте положение шаров в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Регулировку производить с помощью изменения длины подвеса шаров, а также изменяя положения узлов крепления нитей на верхнем кронштейне.

4. Нажмите кнопку «СЕТЬ» блока. При этом должны включиться табло индикации и электромагнит.

5. Отведите правый шар на угол α_бр (примерно 15 градусов) и зафиксируйте его с помощью электромагнита.

6. Нажмите кнопку «ПУСК» при этом произойдет удар шаров.

7. По таймеру блока определите время соударения шаров t.

8. Нажмите кнопку «СБРОС».

9. Определите время соударения для различных пар шаров по пп 1.1-1.8.

10. Сделайте вывод о зависимости времени соударения от механических свойств материалов соударяющихся шаров.

1. Определение коэффициентов восстановления скорости и энергии для случая упругого удара шаров

   1. В правую иглу подвеса установите алюминиевый шар со стальной вставкой, а в левую – латунный шар.

   2. На пульте блока нажмите кнопку «СБРОС». При этом на табло индикации высветятся нули, на электромагнит подастся напряжение.

   3. Отведите правый шар на α_бр (примерно 15 градусов) и зафиксируйте его с помощью электромагнита.

   4. Нажмите кнопку «ПУСК» при этом произойдет удар шаров.

   5. При помощи шкал визуально определите углы отскока правого (α₁) и левого (α₂) шаров.

   6. Повторите пп 2.1 – 2.5, установив в левую иглу подвеса стальной шар.

   7. Используя формулы (2)-(7), рассчитайте коэффициенты восстановления скорости и энергии.

Контрольные вопросы

1. Сформулируйте закон сохранения импульса. Каковы условия его применения?

2. Сформулируйте закон сохранения энергии механического движения. При каких условиях, для каких систем тел энергия механического движения не меняется со временем?

3. Чему равно изменение механической энергии системы тел в общем случае?

4. Что такое удар? На какие фазы можно разделить процесс соударения?

5. Какой удар называется центральным, прямым?

6. Какой удар называется абсолютно упругим, абсолютно неупругим? Какие законы сохранения можно применить к упругому и неупругому ударам?

7. Что называется коэффициентом восстановления скорости, энергии? От чего зависят эти коэффициенты?

8. Объясните результаты ваших опытов. Наблюдался ли абсолютно упругий и абсолютно не упругий удар?

9. Как можно рассчитать скорость шаров после удара, если известны их скорости до удара?

3