Описание установки

Опытная установка состоит из панели, на которой укреплена стойка с двумя одинаковыми стальными шарами (1 и 2), подвешенными на электропроводящих нитях. На панели смонтирована электрическая схема, имеющая два электромагнита ЭМ1 и ЭМ2, переключатели П-1 и П-2, счетчик импульсов ПСО2 - 4 и генератор частоты (см. схему на рис. 3).

П-1

Принцип определения силы соударения упругих шаров состоит в следующем. Если один из шаров отклонить от вертикали на некоторый угол, то он поднимется на высоту (рис.4), и, следовательно, его потенциальная энергия равна . При падении потенциальная энергия переходит в кинетическую, и в момент удара она равна . По закону сохранения энергии

откуда скорость

. (12)

Согласно второму закону Ньютона изменение импульса тела равно импульсу силы

, (13)

где - время взаимодействия шаров. Если другой шар неподвижен, и массы шаров одинаковы, то при центральном упругом ударе движущийся шар остановится, а неподвижный получит скорость . Изменение импульса первого шара

Тогда выражение (13) примет вид:

, или ,

откуда . Подставляя значение скорости (12), получим:

. (14)

Таким образом, необходимо экспериментально определить - время удара и затем вычислить силу удара .

Выполнение работы

Для определения времени соударения шаров используется метод импульсного хронометра. Генератор импульсов соединен последовательно с шарами. Если шары привести в контакт, то за фиксированное время можно определить число импульсов и определить время одного импульса

За время соударения через электрическую цепь пройдет импульсов. Тогда время соударения

. (15)

Включить генератор частоты переключателем П-1.
Привести шары в положение контакта.
Установить на пересчетном устройстве время замера .
Нажать кнопку «сброс», а затем – «пуск». Примечание: перед началом каждого измерения необходимо нажимать кнопку «сброс».
Записать число импульсов в таблицу.
Опыт повторить не менее трех раз и записать в таблицу среднее значение .
Установить на пересчетном устройстве время, значительно большее, чем время соударения шаров. Для данного опыта устанавливаем время 1000с.
Включить один из электромагнитов переключателем П-2 и отвести к нему шар. При этом шар поднимется на высоту .
Нажать кнопку «сброс», а затем - «пуск».
Изменить положение переключателя П-2, т.е. отключить один электромагнит и включить другой. При этом шар отпускается, соударяется с другим шаром, и другой шар притягивается к включенному электромагниту. За время соударения электрическая цепь замыкается, и пересчетное устройство фиксирует число импульсов , прошедших по цепи за это время .
Записать значение в таблицу.
Опыт повторить не менее трех раз, вычислить среднее значение и записать в таблицу.
По формуле (15) вычислить среднее время соударения шаров: