Методика эксперимента и обработка результатов измерений

Задание: исследование неупругих столкновений тел.

1. Зарисовать в рабочем журнале таблицу 2.1.

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

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

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

8. После столкновения определить a₁ и a₂ (см. рис.2.1) и время соударения t по цифровому индикатору микросекундомера. Измерение проделать пять раз.

9. Результаты измерений занести в таблицу 2.1 (первый столбец).

10. Изменить угол начального отклонения 1-го шара – a₀ и повторить измерения. Изменения a₀ произвести не менее пяти раз. Заполнить пять столбцов в таблице 2.1.

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

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

13. Результаты расчетов занести в таблицу 2.2.

14. Построить график зависимости a₂ от (a₀-a₁) (уравнение 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 (уравнение 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.

18. Сделать вывод о зависимости времени соударения от механических свойств материалов соударяющихся шаров. Сравнить опытные коэффициенты восстановления скорости с расчетными.

Таблица2.2

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?

9. Как в этом случае записывается закон сохранения импульса?

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