робочої формули.

Лабораторна робота №2

Вивчення пружного центрального удару кульок

1. Мета роботи: Вивчення законів збереження енергії і імпульсу при абсолютно пружному центральному ударі кульок, визначення часу співударів і сили удару.

2. Прилади та обладнання: прилад для дослідження пружного удару

кульок, лінійка.

3. Вказівки на теоретичний матеріал:

3.1. Удар абсолютно пружних і не пружних тіл (Л.1, П.15.)

4. Завдання:

4.1. Визначити середню силу удару. Зробити висновок.

4.2. Самостійно зробити таблицю для запису дослідних

та розрахункових величин.

4.3. Письмово відповісти на контрольні питання.

Опис експериментальної установки та виведення

робочої формули.

Абсолютно пружнім називається такий удар, в результаті якого не відбувається перетворення механічної енергії системи тіл, що ударяють -

ся, у інші види енергії.

Швидкості кульок після зіткнення можна знайти із законів збереження імпульсу і енергії:

(5.1)

де - маси кульок; - їх швидкості до удару, - після удару.

Рішення цієї системи має вид

(5.2)

(5.3)

Якщо маси тіл однакові, то із рівнянь (5.2) і (5.3) витікає, що - тіла обмінюються швидкостями. Якщо друге тіло нерухомо, то після удару перше тіло зупиниться, а швидкість другого тіла стане дорівнювати .

Роздивимось абсолютно пружній центральний удар двох кульок однакової маси, які підвішано на нерозтяжних нитках довжиною .

Відхилимо кульку на кут від положення рівноваги і відпустимо її. Повертаючись у положення рівноваги і маючи в попередній момент швидкість , вона повністю передає свій імпульс кульці 2 і зупиняється, тобто, кульки обмінюються швидкостями. По закону збереження енергії можна визначити швидкість . Кулька, відведена від положення рівноваги на кут має потенціальну енергією , де - висота, на яку він підіймається. Ця енергія при поверненні в положення рівноваги повністю переходить у кінетичну , звідки

. (5.4)

З рисунка видно, що . Оскільки , то . Поставив у вираз (5.4), отримаємо

. (5.5)

Повернувшись в положення рівноваги, кулька 1 б’є кульку 2. Імпульс, переданий їй під час удару: .

Дотик твердих тіл при ударі триває хоч і малий, але кінцевий проміжок часу. Обидві кульки деформуються в точці зіткнення, кінетична енергія кульки, що вдаряється, переходить в енергію пружної деформації. Виникають пружні сили, які при зростанні деформації наростають і досягають найбільшої величини в момент найбільшого стискання кульок. Після цього йде зворотній процес переходу потенціальної енергії деформації у кінетичну енергію руху, поки кульки знов не розійдуться.

Якщо кульки підвісити на провідних нитках, які з’єднано із зарядженим конденсатором, останній за час удару кульок буде розряджатися. Час удару буде дорівнювати часу розрядки конденсатора, який визначається по формулі:

, (5.6)

де - ємність конденсатора; - опір кола; - заряд конденсатора в початковий момент часу (до удару); - заряд після удару.

Знаючи час удара кульок , можна на основі другого закону Ньютона визначити середню силу удару :

. (5.7)

6.Порядок виконання роботи:

6.1.Провести три – п’ять вимірів показів приладу – часу удару

кульок і знайти його середнє значення.

6.2.Виміряти довжину нитки , діаметр кульки і обчислити відстань від точки підвісу до центру кульки: .

6.3.Виміряти кути відхилення нитки від положення рівноваги і за формулою (5.5) знайти швидкість першої кульки в момент удару.

6.4.Визначити за формулою (5.7) середню силу удару.

6.5.Проаналізувати результати і зробити висновки. Таблицю для запису результатів вимірів та розрахунків зробити самостійно.

7. Контрольні питання:

7.1.Записати закон збереження імпульсу для абсолютно пружного і недружнього удару кульок.

7.2.В чому відмінність законів збереження енергії для абсолютно пружного і недружнього удару кульок.

7.3.Виведіть формулу для визначення сили удару кульок.

7.4.Поясніть, чому після удару перша кулька зупиняється?

7.5. Чому сили, що виникають при ударі, великі?

8.Висновок: зробити самостійно

9.Домашнє завдання:

9.1.Кінетична енергія механічної системи (Л.1. П 6., с.12).

9.2.Потенціальна енергія пружно деформованого тіла (Л.1. П 7.3., с.15).

9.3.Закон збереження механічної енергії. Дисипація енергії. Закон збереження і перетворення енергії (Л.1. П 8., с.15).

10.Література:

10.1. Трофимова Т.И. Курс физики: Учеб. пособие для вузов. 1990.

10.2.Лопатинський І.Є. Курс фізики. Підручник. – Лвів: Афіша, 2003.

10.3. Чолпан П.П. Фізика: Підручник. – К.: Вища шк., 2004.-567с.

Дата добавления: 2015-10-24