IV.Порядок выполнения работы

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.7

«ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОГО И НЕУПРУГОГО УДАРОВ»

I.Цель работы: проверка закона сохранения импульса на примере прямого центрального соударения шаров из различных материалов, подвешенных на нитях, определение характера наблюдаемых ударов (упругий, неупругий), силы удара, коэффициентов восстановления.

II.Описание установки

Экспериментальная установка (см. рис.) представляет собой колонну 1, закрепленную на жестком основании 2. В верхней части колонны на кронштейнах 3 с помощью подвесов 4 закреплены шары 5. На нижнем кронштейне закреплены угольники со шкалами 6, а на специальных направляющих - электромагнит 7, который можно перемещать по шкале на заданную величину угла. Электромагнит предназначается для блокировки правого шара в заданном положении. Микросекундомер 8 фиксирует время однократного упругого удара двух шаров.

III.Методика измерений и расчетные формулы.

Эксперимент состоит в определении суммарного импульса шаров до и после столкновения и в сравнении полученных результатов. В данной работе система двух шаров, подвешенных на нерастяжимых нитях, является замкнутой в горизонтальном направлении. Поэтому суммарный импульс Р шаров до столкновения (в проекции на ось удара 00') должен быть равен суммарному импульсу Р' непосредственно после удара (в проекции на линию 00'), т.е.

Р= Р' (1)

Если ударяющийся шар 1 (массой m₁) будет иметь непосредственно перед столкновением с покоящимся шаром 2 (массой m₂) скорость υ₁, то

. (2)

Горизонтальный импульс системы шаров после соударения определяется выражением

, (3)
где и - скорости ударяющего и ударяемого шаров после удара. В случае абсолютно неупругого удара шары после столкновения движутся с одинаковой скоростью , поэтому будет справедливо выражение

. (4)

Скорости шаров можно определить по известному углу их отклонения от положения равновесия:

, (5)
где g - ускорение свободного падения; l - расстояние от точки подвеса до центра масс шара.

Для определения средней силы удара следует воспользоваться вторым законом динамики:

, (6)
где - средняя сила удара;

- продолжительность удара;

m - масса движущегося тела;

- изменение скорости этого тела, возникшее в результате удара.

В нашем случае , m = m₁, тогда формулу (6) можно переписать в виде

. (7)

Поскольку массы шаров заданы на установке, а время удара фиксируется микросекундомером, то для определения импульса системы нужно найти скорости шаров до и после столкновения.

IV.Порядок выполнения работы

1. Убедиться в том, что шары соприкасаются друг с другом и продолжения осей шаров совпадают с нулевыми отметками шкал.

2. Нажать клавишу "Сеть" (клавиша "Пуск" отжата).

3. Установить электромагнит на избранном расстоянии от начала шкалы таким образом, чтобы продолжение оси шара совпадало с определенной отметкой шкалы (7° или 14°).

4. Подвести правый шар к электромагниту и зафиксировать его; левый шар установить неподвижно в положении равновесия.

5. Нажать кнопку "Сброс".

6. Нажать кнопку "Пуск" и зафиксировать углы отклонения ₁^‘, и . Здесь , и - угловое расстояние, на которое после столкновения отскочат ударяющий и ударяемый шары соответственно; . - расстояние, на которое после столкновения отскочат оба шара, движущиеся вместе (отсчет .проводить, наблюдая за положением общего центра масс шаров). Записать продолжительность столкновения шаров в случае упругого удара.

7. Измерение углов отклонения и продолжительности столкновения произвести не менее 3 раз, каждый раз записывая данные в таблицу измерений. Определить средние значения углов и времени по следующим формулам:

, (8)

где n - количество выполненных измерений.

8. Для изменения характера удара навинтить на подвесы вместо использованных шары из других материалов.