Контрольные вопросы
Какие физические величины характеризуют поступательное движение твердого тела? Дайте их определение, физический смысл, формулы, единицы измерения.
Какими величинами описывается вращение твёрдого тела вокруг закреплённой оси? Физический смысл этих величин, формулы.
Из каких простых движений слагается плоское движение твёрдого тела?
Сформулируйте закон динамики вращательного движения твёрдого тела.
Получите формулы (4.6) ÷ (4.9).
Сделайте вывод формулы момента инерции маховика на основе закона сохранения энергии.
Используемая литература
[3] §4.1- 4.3; [6] §1.31-1.34; [7] §16-19; [5] §7.1-7.3; [11] §10;11; [10] §5.3; 5.4; [12] §4;5.
Лабораторная работа 1-05
Исследование упругого соударения шаров
Цель работы: экспериментальное определение импульсов двух упруго соударяющихся шаров до и после соударения. Проверка выполнения закона сохранения импульса для замкнутой системы тел.
Теоретическое введение
В физике взаимодействие тел может быть рассмотрено на простейшей модели – центрального удара двух шаров. Удар называется центральным, если шары до удара движутся вдоль прямой, проходящей через их центры.
Существуют два предельных вида удара: абсолютно упругий и неупругий удары. Эти взаимодействия шаров принципиально отличаются друг от друга. При абсолютно неупругом ударе кинетическая энергия движущихся шаров полностью или частично превращается в их внутреннюю энергию (тепло, энергию остаточных деформаций). После удара шары движутся с одинаковой скоростью, как единое целое, либо покоятся. При абсолютно неупругом ударе выполняется только закон сохранения импульса, закон же сохранения механической энергии не соблюдается.
В случае абсолютно упругого удара кинетическая энергия обоих шаров сначала превращается в потенциальную энергию упругих деформаций тел. Затем тела возвращаются к первоначальной форме, отталкивая друг друга. В итоге потенциальная энергия упругих деформаций снова переходит в кинетическую энергию движущихся шаров. При центральном абсолютно упругом ударе выполняются закон сохранения механической энергии и закон сохранения импульса замкнутой системы тел (шаров).
На основе этих законов сохранения можно получить выражение для расчета скоростей шаров после абсолютно упругого удара.
Закон сохранения импульса имеет вид
,
(5.1)
а закон сохранения энергии
(5.2)
где
,
– массы шаров;
и
–
скорости шаров до удара;
и
– скорости шаров после удара.
Рассмотрим
случай, когда один из шаров массой
до удара
неподвижен, т.е.
.
Тогда законы сохранения импульса и
механической энергии запишутся в форме:
,
(5.3)
.
(5.4)
Совместное решение системы уравнений (5.3) и (5.4) (с учетом того, что центры шаров движутся по одной прямой) позволяет определить скорости шаров после удара:
,
(5.5)
.
(5.6)