МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
____________________________________________________________
Кокин С.М.
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплине
«Физика»
Работы 2-П, 3-П, 4-П, 5-П, 6-П, 7-П, 9-П, 11-П
М о с к в а - 2002
МИНИСТЕРСТВО ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ (МИИТ)
_____________________________________________________________
С.М. Кокин
Утверждено
редакционно-издательским
советом университета
Методические указания
к лабораторным работам
по дисциплине
«Физика»
для студентов всех специальностей
Работы 2-П, 3-П, 4-П, 5-П, 6-П, 7-П, 9-П, 11-П
М о с к в а - 2002
УДК 530. (075.8)
К-55
Кокин С.М. Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Физика». Работы 2-П, 3-П, 4-П, 5-П, 6-П, 7-П, 9-П, 11-П. – М.: МИИТ, 2002. – 84 с.
Методические указания содержат описания лабораторных работ по общему курсу физики, предназначенных для студентов первого и второго курсов всех специальностей. Индекс П означает: комплекс «L-микро», на котором выполняются работы – переносной, и, следовательно, может быть использован при проведении выездных занятий.
Особенностью работ является то, что для их выполнения требуется компьютер.
При составлении настоящего сборника частично использованы материалы методических указаний к соответствующим работам стационарного лабораторного практикума по физике, которые были подготовлены ранее В.А.Козловым (работа 7-П) и Б.А.Курбатовым (работа 11-П), а также – некоторые разделы инструкции предприятия-изготовителя ООО «СНАРК» по эксплуатации комплекса «L-микро».
© Московский государственный
университет путей сообщения
(МИИТ), 2002
|
РАБОТА № 2-П
ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯ
ПРИ СОУДАРЕНИИ ДВУХ ШАРОВ
Цель работы. Определение средней силы взаимодействия при ударе шаров равной массы; оценка доли механической энергии, переходящей в тепловую при ударе.
Приборы и принадлежности: Штатив универсальный, кронштейн, шары из стали – 3 шт., оптодатчики – 2 шт., электромагнит, измерительный блок L-микро, блок питания, штангенциркуль.
Введение
В механике важнейшими физическими закономерностями, описывающими поведение изолированных* систем, являются законы сохранения (см., например, учебники [1,2]) энергии, импульса и момента импульса. Наряду с законом сохранения электрического заряда эти законы обладают всеобщностью, в отличие от других законов сохранения (играющих, например, большую роль в квантовой теории и в теории элементарных частиц), справедливых лишь для определённых классов систем и явлений.
Описание поведения реальных объектов связано с необходимостью использования физических законов, применяя которые, исследователь сталкивается с зачастую очень трудной задачей учёта влияния всех возможных факторов, сказывающихся на протекании того или иного процесса. Законы сохранения (и в этом заключается их особая роль) позволяют обойти эти трудности: не вдаваясь в детали конкретного явления, сделать некие обобщающие заключения о характере этих процессов, и тем самым – дать ценный прогноз относительно поведения рассматриваемого объекта.
Приведём формулировку законов сохранения, используемых в механике.
1.Закон сохранения энергии: В изолированной системе, в которой действуют лишь консервативные силы, полная механическая энергия системы остаётся постоянной величиной.
Консервативныминазываются силы, работа которых не зависит от пути, пройденному телом, а зависит лишь от его начального и конечного положения в пространстве. Примерами консервативных сил являются силы гравитационного и электростатического взаимодействия тел, а также силы упругости; примером неконсервативной силы является сила трения. Под термином механическая энергия тела (или системы тел) подразумевается потенциальная энергия в поле сил тяжести, кинетическая энергия, а также энергия упруго деформированных тел.
Если система незамкнута, или в ней действуют неконсервативные силы, то полная механическая энергия системы не сохраняется, и изменение механической энергии системы будет равно работе внешних сил, а также – работе неконсервативных сил, действующих в самой системе.
2. Закон сохранения импульса: Суммарный импульс изолированной (замкнутой) системы является постоянной величиной:
= const.
(1)
Здесь N – общее число тел в системе.
Напомним, что импульсом материальной точки (тела)
массой m, имеющей скорость 
,называется вектор
= m
.
Если система не является замкнутой, то для описания её
поведения удобно использовать основной закон динамики - второй закон
Ньютона, согласно которому, векторная сумма 
сил, действующих на тело (или систему
материальных точек), равна скорости изменения импульса этого
тела (или суммарного импульса системы материальных точек):
= 
.
(2)
|
=
.
Если масса движущегося тела не меняется (m= const, и 
= 0), то последнее выражение удаётся упростить. Согласно
определению ускорения, 
, поэтому, введя
обозначение = 
, где - результирующая всех сил, действующих на тело, формулу
(2) можно привести к хорошо известному виду:
= m
.
(3)
Заметим, что при достижении скоростей, близких к скорости света, и в случае, когда масса движущегося тела заметно меняется в процессе ускорения (например, – масса стартующей ракеты), для описания движения тела второй закон Ньютона следует использовать не в упрощённой форме (3), а в его полном виде (2).
3. Закон сохранения момента импульса: Момент импульса замкнутой системы материальных точек остаётся постоянной величиной:
= const.
Напомним, что моментом импульса 
материальной точки, обладающей
импульсом , относительно некоторой точки O,
связанной с ней радиус-вектором r (вектор направлен от точки O
к материальной точке), называется векторное произведение
=
.
(4)
Метод измерения и описание аппаратуры
|
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.