Описание экспериментальной установки

Для экспериментального изучения центрального удара шаров используется установка, представленная на рис.1.4.2. Она представляет собой систему двух шаров 1 и 2 , подвешенных к штангам 4 на токоведущих бифилярных (двойных) подвесах 3. Выполнение условий центрального удара в установке обеспечивается следующими мерами. Бифилярные подвесы обеспечивают движение двух шаров в одной вертикальной плоскости и предотвращают их вращение вокруг вертикальной оси. Длина подвесов устанавливается такой, чтобы в состоянии покоя шары находились на одном уровне. Межцентровое расстояние шаров регулируется за счет перемещения левой штанги винтовым механизмом 5. В отрегулированном состоянии шары должны касаться друг друга в покое, при этом бифилярные подвесы - параллельны друг другу.

Если правый шар 1 отклонить на угол ₁₀ и отпустить, то в момент соударения с покоящимся шаром 2 скорость первого шара v₁₀ можно определить из условия (потенциальная энергия отклоненного на угол ₁₀ шара переходит в его кинетическую энергию при прохождении им положения равновесия) :

m₁ g h = , (13)

где g - ускорение свободного падения, h - высота подъема шара.

Из геометрических соображений ясно, что

h = l (1- cos₁₀) = 2 l sin²( ) , (14)

где l - расстояние от точки подвеса до центра масс шара.

Если угол отклонения шаров достаточно мал, то можно принять sin²(₁₀/2) (₁₀/2)². Воспользовавшись этим соотношением, и с учетом (14) из (13) можно получить выражение для v₁₀ :

v₁₀ = ₁₀ . (15)

Аналогичные рассуждения позволяют записать выражения для скоростей шаров после удара

v₁ = ₁ , (16)

v₂ = ₂ , (17)

где ₁ и ₂ - углы отклонения шаров 1 и 2 после удара.

Следует помнить, что значение углов в формулы (15)-(17) следует подставлять в радианах.

Для измерения углов отклонения шаров используются левая и правая шкалы 6. Каждая из шкал может перемещаться в определенных пределах и фиксироваться в тех положениях, где нули шкал соответствуют положению нониусов шаров, находящихся в покое. На правой шкале крепится электромагнит 7, предназначенный для удержания правого шара в выбранном положении. Электромагнит можно перемещать вдоль шкалы и фиксировать в нужном положении. В комплект экспериментальной установки входят металлические и пластилиновые шары. Питание электромагнита осуществляется через электронный микросекундомер 8. Включение электромагнита происходит одновременно с нажатием кнопки “СЕТЬ” на передней панели микросекундомера. Нажатием кнопки “ПУСК” электромагнит обесточивается. Микросекундомер 8 предназначен для измерения времени  соударения металлических шаров. Принцип измерения времени соударения основан на измерении времени разрядки конденсатора при замыкании шарами соответствующей электрической цепи. Микросекундомер фиксирует время только одного (первого) соударения.