Физика \ Физика

Методические указания к лабораторным работам "Изучение законов сохранения при соударении двух шаров", "Изучение вращательного движения на маховике Обербека", "Изучение закона сохранения момента импульса", "Измерение момента инерции маятника Максвелла", страница 3

3. Запустите  программу L-рhуs.ехе, выберите пункт меню «СПИСОК ОПЫТОВ» и в появившемся на экране списке выберите лабораторную работу «Соударение шаров».

4. Перед проведением измерений необходимо правильно выбрать положение оптодатчиков. Шары при этом должны неподвижно висеть на нитях. Один из оптодатчиков (он будет регистрировать скорость налетающего шара до удара) устанавливается таким образом, чтобы осуществлять измерения как можно ближе к точке соударения, но при этом так, чтобы шар полностью пролетел мимо него до удара.

Выберите в программе пункт меню «НАСТРОЙКА». На экране в возникшем окне Вы увидите два кружка. Если в кружке есть точка, то луч света соответствующего оптодатчика перекрыт ка­ким-либо объектом. Если точка отсутствует, то оптодатчик открыт.

9
 
Установите первый оптодатчик между электромагнитом и ближайшим к нему шаром вплотную к кромке шара. При этом луч света не должен быть перекрыт, что означает, что шар пролетит мимо датчика до начала взаимодействия с другим шаром. Аналогичным образом по­ставьте второй оптодатчик в непосредственной близости от второго шара. Этот шар перекроет луч света сразу, как только начнет движение.

5. Выберите пункт меню «ИЗМЕРЕНИЕ». Это приведет к тому, что на электромагнит будет подано напряжение, а на экране появится сообщение. Подведите к электромагниту шар и после того, как он прилипнет, успокойте колебания второго шара.

6. При нажатии клавиши Enter питание электромагнита отключится, и шар начнет двигаться. Обратите внимание на движение налетающего шара после удара. На экране компьютера возникнут цифры – результат измерения трех интервалов времени. Первый из них t1 соответствует движению налетавшего шара мимо первого оптодатчика, второй t2 отражает время пролета первоначально покоившегося шара мимо второго оптодатчика. Третий интервал времени – это возврат шара к положению равно­весия, при обработке результатов данного опыта он не используется.

Повторите опыт 5 раз, записывая результаты в таблицу 1.

10
 
7. Замените шар (2), который до удара покоится, шаром меньшей массы (подвесив его в соответствующем пазу на стержне), отрегулируйте длину его нити в соответствии с п. 1 и, настроив положения оптодатчиков (см. п. п. 4, 5), осуществите еще 5 запусков установки. Результаты опытов данной серии (времена t1¢ и t2¢) внесите в таблицу 2. Обратите внимание: в этих опытах налетающий шар после столкновения продолжает движение: третий интервал времени t3, появляющийся на экране компьютера, соответствует времени его пролета мимо оптодатчика (7).

8. Измерьте диаметры D1, D2 и D3 шаров с помощью штангенциркуля, результаты измерений занесите в таблицу 3. Зная диаметры шаров и времена их пролёта мимо оптодатчика, по формуле (10) рассчитайте скорости движения шаров u1, u2 до и после столкновения (случай одинаковых шаров), а также - u1¢, u1¢, u2¢ (шары разные).

u= ,                                                (10)

Округление значений скоростей следует выполнять после расчёта ошибок измерений – см. далее п.п. 10 и 11.

В таблицу 3 занесите значения ошибок измерения диаметров шаров (приборная ошибка штангенциркуля) и их масс (значения самих масс в таблице уже приведены).

9. Вычислите средние значения скоростей u1, u2, u1¢, u1¢, u2¢ шаров до и после соударения; результаты запишите в таблицы 1 и 2. Для случая шаров разной массы по формулам (7) и (8), пользуясь средним значением скорости u1¢, рассчитайте теоретические значения скоростей u1¢теор, u2¢теор.

Используя средние значения скоростей u1,u2, u1¢,u1¢иu2¢, рассчитайте кинетическую энергию системы до и после столкновения и вычислите её изменение. Уменьшение кинетической энергии системы после соударения (если оно имеет место) означает, что в действительности удар не был абсо­лютно упругим и часть механической энергии перешла в тепловую.

Таблица 1

№

 измерения

t1, с

t2, с

u1, м/c

u2, м/c

WК, Дж

WК*, Дж

|DWК |,  Дж

1

11
 

2

3

4

5

Средние

значения

В таблице 1 приняты следующие обозначения:

WК–кинетическая энергия первого, налетающего шара до столкновения;

WК*– кинетическая энергия второго, отскочившего шара после столкновения;

|DWК|=|WК– WК*|– модуль изменения кинетической энергии системы в результате удара.

Таблица 2

№

измерения

t1¢, с

t2¢, с

t3, с

u1¢, м/c

u1¢, м/c

u2¢, м/c

W¢К,

Дж

WК**,

Дж

|DW¢|К,

Дж

1

2

…

5

Средние

значения

Теория

В таблице 2 приняты следующие обозначения:

W¢К–кинетическая энергия первого, налетающего шара до столкновения;

WК**– суммарная кинетическая энергия системы после столкновения (WК**=W*К1+W*К2, где W*К1– энергия первого, большого шара после столкновения, W*К2– энергия второго, маленького, отскочившего шара после столкновения);

|DW¢К|=|W¢К– WК**|– модуль изменения кинетической энергии системы в результате удара.

Таблица 3

Скачать файл