Методика эксперимента и обработка результатов измерений

Установки

Описание экспериментальной

Общий вид установки показан на рис. 2.3. Она состоит из основания 1, вертикальной стойки 2, верхнего кронштейна 3, корпуса 4, электромагнита 5, нитей 6 для подвески металлических шаров, провода 7 для обеспечения электрического контакта шаров с клеммами 10.

Основание 1 снабжено тремя регулируемыми опорами 8 и винтом-барашком 9 для фиксации вертикальной стойки 2, которая выполнена из металлической трубы. На верхнем кронштейне 3, предназначенном для подвески шаров, расположены узлы регулировки, обеспечивающие прямой центральный удар шаров, и клеммы 10. Корпус 4 предназначен для крепления шкалы угловых перемещений 11. Электромагнит 5 предназначен для фиксации исходного положения одного из шаров 12. Металлические шары 12 выполнены попарно из алюминия, латуни и стали.

Задание: исследование неупругих столкновений тел.

1. Зарисовать таблицы 2.1 и 2.2.

2. Подключить клеммы 10 верхнего кронштейна и электромагнит 5 установки к секундомеру при помощи кабеля.

3. Вставить стальные шары 12 в скобы подвеса.

4. С помощью регулировочных опор выставить основание установки таким образом, чтобы нижние визиры скоб подвеса указывали на нули шкал. Отрегулировать положение шаров в вертикальной и горизонтальной плоскостях до совмещения верхних визиров скоб подвеса. Регулировку производить с помощью изменения длины подвеса шаров, а также изменяя положение узлов крепления нитей на верхнем кронштейне.

5. Нажать на кнопку «Сеть», расположенную на лицевой панели микросекундомера, при этом должны загореться лампочки цифровой индикации.

Таблица 2.1

m1 = г; m2 = г; ℓ= м

a0 = °

a0 = °

a0 = °

a0 = °

a0 = °

№

a1,°

a2,°

t,с

a1,°

a2,°

t,с

a1,°

a2,°

t,с

a 1,°

a 2,°

t,с

a 1,°

a 2,°

t,с

1. 2. 3. 4. 5.

6. Отклонить правый шар до соприкосновения с электромагнитом (задав тем самым угол a₀ = 14^°), при этом должно произойти «залипание» шара.

7. Нажать на кнопку «Старт», при этом выключится электромагнит и шар освободится.

8. После столкновения определить углы a₁ и a₂ с помощью шкалы угловых перемещений (см. рис.2.1) и время соударения t по цифровому индикатору микросекундомера. Измерения выполнить пять раз.

9. Результаты измерений занести в таблицу 2.1.

10. Изменить угол начального отклонения 1-го шара – a₀ и повторить измерения по п.7,8. Изменения a₀ произвести не менее пяти раз.

11. Измерить массу каждого из пары шаров и длину подвесов шаров . Полученные значения записать в таблицу 2.1.

12. Вычислить средние значения ` a<sub>1</sub>, `a₂, ` t. Используя соотношение (2.14), найти среднюю силу удара шаров.

13. Результаты расчетов занести в таблицу 2.2.

14. Построить график зависимости a₂ от (a₀-a₁) (формула 2.8). Сделать вывод о выполнении закона сохранения импульса при неупругом столкновении.

15. Построить график зависимости (a₂-a₁) от a₀ и найти коэффициент восстановления скорости К, как тангенс угла наклона линейной зависимости (a₂-a₁)= Кa₀

16.Построить график зависимости a₂ от a₀ (формула 2.13). Определить угловой коэффициент , как тангенс угла наклона линейной зависимости a₂ от a_{0 .} Используя значение К, полученное из графика (a₂-a₁) от a₀, определить значение коэффициента потери механической энергии d.

17. Повторить пп.1–16 для пары: алюминиевый шар и латунный шар или алюминиевый шар и стальной шар.

Таблица2.2

№	a0,°	`a1 ,°	`a2,°	`t, с	` F, Н	a0–`a1 ,°	`a2–`a1 ,°
1. 2. 3. 4. 5.

18. Сделать вывод о зависимости времени соударения от механических свойств материалов соударяющихся шаров.

Контрольные вопросы

1. Какие столкновения называются упругими, а какие неупругими?

2. Запишите закон сохранения импульса для системы двух сталкивающихся тел.

3. Сформулируйте и запишите закон сохранения механической энергии.

4. При каком типе столкновения происходит изменение общей механической энергии? Как это изменение рассчитать?

5. Объясните физический смысл коэффициента восстановления скорости. Каким образом он характеризует столкновение.

6. Как определяется коэффициент потери механической энергии? Чему он равен при полностью неупругом столкновении?

7. Как определяется средняя сила взаимодействия при столкновении тел с массами m₁ и m₂?

8. Какими свойствами должны обладать тела в случае полностью неупругого столкновения? Как в этом случае записывается закон сохранения импульса?

9. Выведите формулу (2.17), определяющую коэффициент потери механической энергии при полностью неупругом столкновении.

Дата добавления: 2014-12-25