Методика и техника эксперимента. Установка представляет собой настольный прибор с регулируемыми опорами 1

Установка представляет собой настольный прибор с регулируемыми опорами 1, выполненный на едином основании 2.

На вертикальной стойке закреплены два маятника - левый 3 и правый 4. Они состоят из металлического (пластилинового) шара 5 с нониусом 6. Левая шкала 7 предназначена для определения угла отклонения шара после соударения, правая 8 - для определения угла бросания.

На правой шкале крепится электромагнит 9, который может перемещаться вдоль нее. Он служит для удержания правого шара в выбранном положении.

На основании 1 крепится миллисекундомер 10, предназначенный для замера времени соударения металлических шаров.

На передней панели миллисекундомера находятся кнопки СЕТЬ, СБРОС, ПУСК, индикаторная панель времени и сигнальная лампочка - переполнение.

Включение электромагнита происходит одновременно с нажатием кнопки включения сети. Нажатием кнопки ПУСК осуществляется обесточивание электромагнита. Микросекундомер фиксирует время только одного первого соударения.

Установка предназначена для изучения совокупности явлений, происходящих при упругом и неупругом ударах шаров.

При соударении шаров друг с другом они претерпевают деформации. При этом кинетическая энергия, которой обладали шары перед ударом частично или полностью переходит в потенциальную энергию упругой деформации и во внутреннюю энергию тел. Увеличение внутренней энергии тел сопровождается повышением их температуры. Существуют два предельных видов удара: абсолютно упругий и абсолютно неупругий. Абсолютно упругим называют такой удар, при котором механическая энергия тел не переходит в другие виды энергии. При таком ударе кинетическая энергия полностью или частично в потенциальную энергию упругой деформации. Затем тела возвращаются к первоначальной форме, отталкиваясь друг от друга. Потенциальная энергия упругой деформации переходит в кинетическую энергию, и тела разлетаются со скоростями, величина и направление которых определяются законами сохранения энергии и импульса:

, (1)

, (2)

где m ₁ - масса правого шара, m ₂ - масса левого шара, v ₁ - скорость правого шара до удара, u ₁ и u ₂ - скорости шаров после удара.

При абсолютно неупругом ударе упругая деформация не возникает. Кинетическая энергия тел полностью или частично превращается во внутреннюю энергию. После удара тела либо движутся с одинаковой скоростью, либо покоятся. При этом выполняется лишь закон сохранения импульса, закон же сохранения механической энергии не выполняется (имеет место закон сохранения суммарной механической и внутренней энергии).

, (3)

где u - скорость шаров после удара.

Эти соотношения и предлагается проверить в данной лабораторной работе.

Скорости шаров до и после удара можно определить из следующих соображений.

Отклоним правый шар на угол a₁, при этом его центр будет поднят на высоту. Потенциальная энергия шара в этом состоянии . Когда шар достигает своего низшего положения, его потенциальная энергия перейдет в кинетическую . По закону сохранения энергии можно записать:

,

откуда скорость правого шара до удара

. (4)

Из рисунка видно, что

или . Подставим это выражение в формулу (4) и получим:

. (5)

Аналогичные выражения можно получить и для скоростей шаров после удара:

, (6)

. (7)

Здесь b₁ и b₂ - углы отклонения шаров после удара.

Дата добавления: 2015-07-24