Математического баллистического маятника

Физика

Механика

«Измерение скорости снаряда пушки

с помощью математического баллистического маятника»

Методические указания к лабораторной работе №4 для направления подготовки

специалистов:	130400.65	- Горное дело
	190109.65	- Наземные транспортно-технологические средства
бакалавров:	080200.62	- Менеджмент
	140400.62	- Электроэнергетика и электротехника
	220400.62	- Управление в технических системах
	270800.62	- Строительство
	190600.62	- Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов

Губкин, 2011

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ОТКРЫТЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

имени В.С. Черномырдина»

Губкинский институт (филиал)

УТВЕРЖДЕНО

Директором Губкинского

института (филиала) МГОУ

Физика

Механика

«Измерение скорости снаряда пушки

с помощью математического баллистического маятника»

Методические указания к лабораторной работе №4 для направления подготовки

специалистов:	130400.65	- Горное дело
	190109.65	- Наземные транспортно-технологические средства
бакалавров:	080200.62	- Менеджмент
	140400.62	- Электроэнергетика и электротехника
	220400.62	- Управление в технических системах
	270800.62	- Строительство
	190600.62	- Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов

Губкин, 2011

УДК 53

Ф 50

Физика. Часть 1.Измерение скорости снаряда с помощью математического баллистического маятника: Методические указания к лабораторной работе№4

/Сост. А.Н.Ряполов; Рец. д.ф.-м.н., профессор, зав. кафедрой физики

КГТУ В.М. Полунин, к.т.н., профессор кафедры "Теоретической и прикладной механики" ГИ(филиала) МГОУ А.И. Гарбовицкий.- Губкин.: МГОУ, 2011.- 10с.

Методические указания включают рекомендации и указания по выполнению лабораторной работы, в которой измеряется скорость снаряда с помощью

математического баллистического маятника.

Указания содержат краткую теоретическую часть; описание экспериментальной установки, порядок выполнения работы, контрольные вопросы и указана

литература по теории.

Предназначены для студентов технических специальностей вузов.

© Губкинский институт (филиал) Московского государственного открытого

университета, 2011.

© А.Н. Ряполов, 2011.

Лабораторная работа 4

Измерение скорости снаряда пушки с помощью

математического баллистического маятника

Цель работы: изучение законов сохранения при соударении тел.

Приборы и принадлежности: пушка, математический баллистический

маятник, подвес маятника, измерительная система.

Краткое теоретическое введение

Рассматриваемые в механике законы сохранения энергии, импульса и момента импульса являются точными законами и имеют всеобщий характер - они применимы не только к механическим явлениям, но и вообще ко всем явлениям природы.

Совокупность тел, выделенных для рассмотрения, называют механической системой. Тела системы могут взаимодействовать как между собой, так и с телами, не входящими в систему. В соответствии с этим силы, действующие на тела системы, подразделяют на внутренние и внешние. Внутренними называют силы, с которыми тела системы действуют друг на друга, внешними - силы, обусловленные воздействием тел, не принадлежащих системе. Система, в которой внешние силы отсутствуют, называется замкнутой. Для замкнутых систем остаются постоянными (сохраняются) три физические величины: энергия, импульс и момент импульса.

Импульсом, или количеством движения, называют меру механического движения, равную для материальной точки произведению ее массы m на скорость : Импульс - величина векторная, направленная также, как скорость точки. Под действием силы импульс точки изменяется в общем случае и численно, и по направлению. Это изменение определяется вторым законом Ньютона , где - результирующая всех сил, действующих на материальную точку.

Импульс механической системы равен векторной сумме импульсов всех ее тел. Изменение импульса системы происходит под действием только внешних сил.

Для замкнутой системы, или в случае, когда векторная сумма действующих на систему внешних сил равна нулю, имеет место закон сохранения импульса: суммарный импульс замкнутой системы материальных точек остается постоянным. При этом импульсы отдельных точек системы ( например, под действием внутренних сил ) могут изменяться, но так, что величина остается постоянной. Этот закон объясняет такие явления, как реактивное движение, отдача при выстреле, работа гребного винта.

Механическая энергия бывает двух видов: кинетическая и потенциальная. Кинетическая энергия ( или энергия движения ) определяется массами и скоростями рассматриваемых тел. Кинетическая энергия Е_к материальной точки равна : , где m - масса этой точки, u - ее скорость. Кинетическая энергия механической системы равна сумме кинетических энергий всех ее точек: .

Силу , действующую на материальную точку, называют консервативной, или потенциальной, если работа A₁₂, совершаемая этой силой при перемещении точки из одного произвольного положения (1) в другое (2) , не зависит от того , по какой траектории это перемещение произошло. Примерами консервативных сил могут служить силы всемирного тяготения, силы упругости, силы электростатического взаимодействия между заряженными телами.

Если на систему материальных точек или тел действуют консервативные силы, то можно ввести понятие потенциальной энергии. Работа A₁₂, совершаемая консервативными силами при изменении конфигурации системы, т.е. расположения всех ее частей по отношению к системе отсчета, не зависит от того, как было осуществлено это изменение при переводе системы из начальной конфигурации (1) в конфигурацию (2). Работа A₁₂ полностью определяется начальной и конечной конфигурацией системы:

, (1)

где E_П - некоторая функция состояния системы, зависящая только от координат всех материальных точек системы. Эту функцию называют потенциальной энергией системы. В каждой конкретной задаче для получения однозначной зависимости потенциальной энергии от конфигурации системы выбирают так называемую нулевую конфигурацию, для которой потенциальную энергию системы условно считают равной нулю. Из (1) следует, что потенциальная энергия системы в произвольном состоянии равна работе, совершаемой консервативными силами при переводе системы из этого состояния в состояние, соответствующее нулевой конфигурации.

Сумма кинетической и потенциальной энергий представляет собой полную механическую энергию системы . Закон сохранения механической энергии гласит, что полная механическая энергия системы материальных точек, находящихся под действием только консервативных сил, остается постоянной.