2.4.4. Контрольные вопросы.
1.Какая система тел называется замкнутой?
2.Какие силы называются консервативными?
3.Сформулируйте законы сохранения импульса и полной механической энергии для системы тел?
4.Какие виды соударений Вы знаете? Дайте их определения.
5.Сформулируйте законы сохранения для упругого и неупругого соударения двух тел.
6.Проведите анализ полученных Вами в заданиях 1 и 2 результатов.
2.5. Лабораторная работа: определение времени удара.
Цель работы: 1.Изучение явления удара шара о плоскую пластину из различных металлов.
2.Ознакомление с экспериментальным методом регистрации быстро протекающего процесса соударения двух тел.
2.5.1. Схема установки.
На кронштейне стойки (1) (рис. 5.1) бифилярно (на двух нитях) подвешен стальной шар (2). Шар может отклоняться
на угол в пределах 0 – 500 от вертикального положения. Электромагнит (3) удерживает шар в исходном - отклоненном от вертикали положении. На основании установки установлен куб (4) с закрепленными на нем четырьмя пластинами (5) из разных металлов.
Куб обладает большой массой и служит "неподвижной" стенкой для удара шара. Он может поворачиваться вокруг своей оси.
На основании установки расположены клеммы для подключения измерительного блока, источника питания и вольтметра, измеряющего напряжение на конденсаторе.
Измерительный блок представляет собой устройство типа "замыкание - размыкание" электрической цепи. Электрическая схема измерительного блока приведена на рис. 5.2.
Роль замыкателя выполняет стальной шар (2) (рис.5.1), ударяющий о пластину (5). Во время удара происходит замыкание измерительной цепи разряда конденсатора С через резистор R и, следовательно, напряжение на конденсаторе С уменьшается.
2.5.2 Вывод рабочих формул.
Напряжение на конденсаторе при разряде изменяется по закону:
где |
U0 |
– |
начальное напряжение при t =0; |
|
R |
– |
сопротивление резистора; |
|
C |
– |
емкость конденсатора; |
|
t |
– |
текущее время. |
Продолжительность времени замыкания цепи определяет время удара шара о пластину (время контакта шара с пластиной).
Напряжение на конденсаторе после удара равно
,
где
-
время продолжительности удара.
Отсюда время продолжительности удара:
(2.5.1
)
В данной работе опыты проводятся для четырех пар шар-пластина:
1. сталь-сталь; 2. сталь- латунь;
3. сталь-алюминий; 4. сталь - сплав свинца.
2.5.3. Порядок выполнения работы и обработки результатов измерений.
1. Ознакомиться со схемой установки, электрической схемой.
2. Определить цену деления вольтметра.
3. Включить установку, проверить ее работоспособность.
4. Повернуть куб так, чтобы направление удара шара было перпендикулярно стальной пластине.
5. Поднять шар в исходное положение (отклоненное) и зафиксировать его электромагнитом.
.
Таблица 5.1
|
Сталь |
Латунь |
Сплав алюминия |
Сплав свинца |
U0, В
|
U1i, В
|
U2i, В
|
U3i, В
|
U4i, В
|
1. |
|
|
|
|
2. |
|
|
|
|
... |
|
|
|
|
5. |
|
|
|
|
<U> |
|
|
|
|
∆U |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆τ
|
|
|
|
|
6. Зарядить конденсатор, поставив ключ К2 в положение "зарядка", а затем поставить его в положение "измерение".
7. При положении стрелки в середине шкалы вольтметра отключить электромагнит (осуществить пуск шара) и после удара снять показания вольтметра .
8. Повторить пункты 5-7 для всех четырех пластин из различных материалов по 5 раз.
9. Выключить установку.
10. Записать результаты измерений и вычислений в таблицу 5.1.
11. Обработать результаты измерений U, как прямых измерений, определить средние значения и их погрешности для каждой из пластин.
12. Результаты вычислений записать в виде:
при
;
n
= 5.
14.
Определить средние значения времени
удара 
по формуле (2.5.1),
15.
Вычислить погрешности определения
времени удара 
как результатов косвенных измерений
по формуле:
(2.5.2)
16. Результаты занести в таблицу 5.1
17. Сделать выводы.