|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Категории: АстрономияБиология География Другие языки Интернет Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Механика Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Транспорт Физика Философия Финансы Химия Экология Экономика Электроника |
Обработка результатов измерений. Цель работы: ознакомиться с практическим применением закона сохранения энергии на примере определения скорости одного из тел при неупругом удареЛабораторная работа Цель работы: ознакомиться с практическим применением закона сохранения энергии на примере определения скорости одного из тел при неупругом ударе. Экспериментальная установкасостоит из массивного цилиндра 1, подвешенного на практически нерастяжимом стержне 2. Внутри цилиндра 1 имеется углубление, заполненное пластилином. На некотором расстоянии от него по оси расположена трубка 3, внутри которой размещена пружина. В трубке сверху имеется отверстие 4, предназначенное для опускания внутрь нее шарика 5. При этом пружина должна быть в сжатом состоянии. После нажатия на спусковое устройство 6 пружина выбрасывает шарик из трубки с некоторой скоростью , и он попадает в углубление цилиндра маятника 1, застревая в слое пластилина, т.е. моделируется неупругий удар. В результате этого происходит смещение центра тяжести маятника, что фиксируется по величине угла отклонения j на специальной бумажной карточке с помощью самописца 7, установленного на стержне 2. Теория и методика исследования При ударе происходит изменение на конечные значения скоростей тел за очень короткий промежуток времени. При этом между сталкивающимися телами возникают кратковременные ударные силы, превосходящие во много раз все внешние силы, действующие на них. Поэтому такую систему соударяющихся тел в процессе удара можно рассматривать практически как замкнутую. Для всех замкнутых систем справедлив общефизический закон сохранения энергии и закон сохранения импульса. Если после столкновения тела движутся как одно целое, т.е. с одной и той же скоростью, то такой удар называют неупругим. Примером указанного взаимодействия является соударение шарика массой m и начальной скоростью с баллистическим маятником, в углублении цилиндра которого на месте контакта помещается слой неупругого материала - пластилина. На основании закона сохранения импульса имеем: (1), где - скорость шарика перед ударом; - скорость цилиндра маятника с шариком после удара; M – масса маятника;m – масса груза. В результате столкновения маятник придет в движение и отклонится на угол j, при этом кинетическая энергия переходит в потенциальную энергию и на основании закона сохранения энергии можно записать следующее уравнение: (2), где h – максимальная высота поднятия центра тяжести маятника. Отсюда (3). Для определения скорости тела (шарика), вызывающего смещение маятника из первоначального состояния покоя, используется установка, схема которой приведена на рисунке. Из подобия треугольников ABC и OBO’ (рис.2) следует . Но , т.е. равно смещению центра тяжести маятника, а OB= - расстоянию от точки подвеса до центра тяжести маятника. Поэтому для определения h получаем следующее выражение: (4) Решая совместно выражения (1),(3),(4), получим уравнение для определения начальной скорости шарика: (5). Таблица вариантов
Порядок выполнения работы 1. По указанию преподавателя задайте данные для коэффициента жесткости k, x, m, l, M из вышеприведенной таблицы вариантов и щелкните ОК. 2. Занесите значения М, m, l в таблицу 1. 3. Занесите значения k, x, m в таблицу 2. 4. С помощью мыши оттяните пружину пистолета и отпустите ее. Занесите значение j в таблицу 1. 5. Переведите единицы измерения угла j из градусов в радианы. 6. Повторите опыт 5 раз, каждый раз записывая полученные значения в таблицу 1. 7. При помощи калькулятора произведите вычисления предлагаемых величин. 8. Сделайте вывод о проделанной работе. 9. Повторите теоретическую часть работы, дайте определение всех встречающихся в работе физических величин, ответьте на контрольные вопросы. 10. Выполните задания из ЕГЭ на данную тему. Обработка результатов измерений
3. Расчет относительной погрешности провести по формуле .
Сжатая в пистолете пружина обладает потенциальной энергией Ер1=0,5kx2. Шарик, вылетевший из пистолета, обладает кинетической энергией Ек1=0,5mv 2. После удара система маятник + шарик обладает потенциальной энергией Ер2= (М+т)gh, где h=l(1-cos) .
Повторение 1. Повторите теоретическую часть работы 2. Дайте определение всех встречающихся в работе физических величин 3. Ответьте на контрольные вопросы 4. Ответьте на вопросы-задания по физике.
Изучение закона сохранения энергии
Дата выполнения работы ___.___.______
Вариант________
Опыт №1. Определение скорости шарика, вылетающего из пистолета Таблица измерений 1
Расчеты
Таблица измерений 2
Расчеты
Вывод Контрольные вопросы: 1)Сформулируйте закон сохранения импульса и закон сохранения энергии. 2)Запишите закон сохранения импульса для данной установки. 3)Можно ли считать, что кинетическая энергия шарика, в случае неупругого удара полностью переходит в потенциальную энергию маятника и почему? 4)Запишите формулу для определения изменения кинетической энергии системы двух сталкивающихся тел при неупругом ударе. Ответьте на вопросы из ЕГЭ по физике
7. Тело массой 2 кг начинает свободно падать. Определите, какой кинетической энергией будет обладать тело через 6 с после начала падения.
10. Груз массой m1 =300 г прикреплен к нерастянутой пружине жесткостью k = 20 Н/м и лежит на гладкой поверхности. Груз m2 =100 г начинает съезжать с горки высотой h = 10 см и налетает на груз 1. Найдите максимальное смещение груза 1 после абсолютно неупругого удара. |