Описание и порядок проведения лабораторной работы.

На вертикальном магнитном экране устанавливаются пусковое устройство и два оптоэлектрических датчика для регистрации скорости движения шаров до и после удара (рис. 1).

Над экраном смонтировано устройство подвеса шаров, на котором закреплены три шара. Подвес устроен так, что шар, закрепленный в правой части участвует во всех экспериментах, а один из двух шаров, закрепленных в левой части, не участвующий в эксперименте, должен быть удален путем перебрасывания на другую сторону экрана (на рис. 1 один из шаров находится за магнитным экраном).

Рис. 1.

В исходном положении один из шаров удерживается электромагнитом (рис. 2). При отключении питания электромагнита шар отпускается и движется по дуге окружности до столкновения с другим шаром. При этом «налетающий» шар приобретает скорость V₀₁, которая измеряется с помощью первого оптоэлектрического датчика.

Рис. 2.

Измерение скорости шаров в данной работе осуществляется следующим образом. Оптоэлектрический датчик состоит из оптопары - светодиода и фотодиода. Луч света от светодиода попадает на фотодиод. При движении шара мимо оптоэлектрического датчика луч света на некоторое время перекрывается. Интервал времени Δt, в течении которого свет был закрыт движущимся шаром, измеряется при помощи компьютерной измерительной системы. Для расчета скорости шара V достаточно разделить его диаметр D на Δt

(9)

Следует отметить, что скорость V₀₁налетающего шара в нижнем положении направлена по горизонтали, а скорость покоящегося шара до столкновения равна нулю: V₀₂=0. Нити, на которых подвешены шары, имеют такую длину, что центры шаров в нижнем положении находятся на горизонтальной прямой, поэтому соударение шаров можно считать прямым и центральным.

Приобретенная скорость V₂покоящегося шара после соударения измеряется непосредственно после удара при помощи второго оптоэлектрического датчика.

При выполнении работы Вам необходимо сначала изучить столкновение стальных шаров одинаковой массы, а затем стальных шаров разной массы (масса налетающего шара больше массы первоначально покоящегося шара и наоборот). В последнем случае второй оптоэлектрический датчик будет последовательно регистрировать сначала пролет малого шара, а затем большого.

Измерения нужно проводить пять раз с каждой парой шаров и результаты вносить в таблицы 1 и 2. После проведения измерений вычисляется кинетическая энергия системы до и непосредственно после удара. Затем необходимо сравнить полученные результаты с вычисленными по формулам (5), (6) или (3), (4).

Проведение эксперимента:

1. После включения компьютера запустите программу «Практикум по

физике». Нажмите кнопку (Alt+C) в главном меню и выберете соответствующий сценарий проведения эксперимента.

2. Выберите 2 шара, которые будут использоваться в данном опыте, и удалите из области эксперимента лишний шар (для этого достаточно перекинуть его на другую сторону магнитной доски).

3. Установите пусковое устройство в левой части магнитной доски около вертикальной кромки со стороны шара, который будет «налетающим». Пусковое устройство должно быть расположено так, чтобы нити подвеса шара, подвешенного к его сердечнику, были натянуты.

4. Установите первый оптоэлектрический датчик между пусковым

устройством и ближайшим к нему шаром вплотную к кромке шара.

При этом луч света не должен быть перекрыт (желтый светодиод не горит), что означает, что шар пролетит мимо датчика до начала взаимодействия с другим шаром. Аналогичным образом поставьте второй оптоэлектрический датчик в непосредственной близости от второго шара. Этот шар перекроет луч света сразу, как только начнет движение. Следите за тем, чтобы оптические оси датчиков находились на одном уровне с центрами шаров (рис. 1).

5. Включите пусковое устройство, нажав кнопку «включить/выключить магнит» , и зафиксируйте на нем «налетающий» шар.

6. Запустите измерения (Ctrl+S) !, питание электромагнита отключится, и шар начнет двигаться.

7. Обратите внимание на движение налетающего шара после удара. На экране компьютера возникнет три интервала времени. Первый из них соответствует движению налетавшего шара мимо первого оптоэлектрического датчика, второй отражает время пролета первоначально покоившегося шара мимо второго оптоэлектрического датчика. Третий интервал времени - это возврат шара к положению равновесия. Он не используется при обработке результатов данного опыта.

8. После записи трех импульсов перекрытия остановите измерения

(Ctrl+T) .

9. Проведите обработку полученных данных в соответствии со сценарием, для чего:

а) выделите область импульсов перекрытия для ее детального просмотра с увеличенным масштабом (Alt+левая кнопка мыши);

б) измерьте длительность перекрытия каждого импульса по переднему и заднему фронтам путем постановки желтого (левая клавиша мыши) и зеленого маркера (правая клавиша мыши) на соответствующие фронты импульса перекрытия.

10. Повторите опыт 5 раз, записывая результаты в таблицу 1.

11. Замените «налетающий» шар шаром меньшей массы, отрегулируйте длину его нити и, настроив положения оптоэлектрических датчиков, осуществите еще 5 запусков установки. Результаты опытов данной серии внесите в таблицу 2.

12. Повторите пп.5,6,8-10.

13. Переставьте пусковое устройство на противоположную сторону

магнитного экрана.

14. Рассмотрите случай, когда масса налетающего шара больше массы покоящегося.

15. Обратите внимание, что в этих опытах налетающий шар после

столкновения продолжает движение в туже сторону и третий интервал времени на экране компьютера соответствует времени его пролета мимо соответствующего оптоэлектрического датчика.

16. Повторите пп.5,6,8-10.

17. Результаты опытов данной серии внесите в таблицу 2.

18. Проведите обработку полученных данных