Лабораторная работа №3 Центральный удар шаров. Потеря энергии при ударе
Цель работы: Определить силу удара и сохранение энергии при центральном ударе шаров из различных металлов.
Оборудование:
панель с
двумя опорами подвесов и арретиром;
подвес шара с пружинным держателем;
шары: стальной (
)
– 2 шт., алюминиевый (
)
- 2 шт., латунный (
)
- 2 шт.
Рис. 1. Модуль «Удар шаров»
Ход работы:
В держатели шаров на подвесах вставляются пара шаров. Первый откланяется на заданный угол, фиксируется. Фиксатор отпускается, первый шар падает и ударяет неподвижный второй шар. Опытным путем определяется угол отклонения покоящегося шара после удара, данные заносятся в таблицу.
Таблица 1
Определение угла отклонения покоящегося шара
|
Ударяющий шар |
Покоящийся шар |
Угол отклонения ударяющего шара |
Угол отклонения покоящегося шара |
|
сталь |
Сталь |
30° |
27° |
|
сталь |
алюминий |
|
30° |
|
сталь |
Латунь |
|
18° |
|
алюминий |
алюминий |
|
22° |
|
алюминий |
Сталь |
|
13° |
|
алюминий |
Латунь |
|
12° |
|
латунь |
Латунь |
|
20° |
|
латунь |
алюминий |
|
28° |
|
латунь |
Сталь |
|
21° |
Используя законы сохранения импульса и энергии (1) выводятся формулы нахождения скоростей шаров после соударения:
(1)
где
-
масса ударяющего шара,
-
масса покоящегося шара,
V1 - скорость ударяющего шара до соударения,
V1' - скорость ударяющего шара после соударения,
V2' - скорость покоящегося шара после соударения.
Так как
,
то
где высота падения
шара
-
длина подвеса шара (
)
При абсолютно упругом ударе:
;
;
При реальном ударе:
где Vreal - скорость шара в опыте
Videal - скорость шара при абсолютно упругом ударе
Ereal - энергия шара в опыте
Eideal - энергия шара при абсолютно упругом ударе
,
где
- потеря энергии в процентах
По полученным значениям составим таблицу 2
Таблица 2
Расчет скорости, энергии и потерь энергии при центральном ударе шаров
|
Ударяющийся шар |
Покоящийся шар |
|
|
|
|
|
сталь |
сталь |
0,283 |
0,0114 |
0,0092 |
19,2 |
|
сталь |
алюминий |
0,417 |
0,0088 |
0,0040 |
53 . |
|
сталь |
латунь |
0,272 |
0,0114 |
0,0044 |
60 |
|
алюминий |
алюминий |
0,283 |
0,0040 |
0,0020 |
44 |
|
алюминий |
сталь |
0,148 |
0,0031 |
0,0021 |
32,2 |
|
алюминий |
латунь |
0,142 |
0,0030 |
0,0019 |
33,5 |
|
латунь |
латунь |
0,283 |
0,0122 |
0,0055 |
54,6 |
|
латунь |
алюминий |
0,423 |
0,0090 |
0,0030 |
60 |
|
латунь |
сталь |
0,292 |
0,0120 |
0,0050 |
57 |
По полученным результатам формулируются выводы: