Законы сохранения в механике. Определение скорости пули при помощи баллистического маятника

Цель работы: экспериментальное определение скорости пули при помощи баллистического маятника.

 

Приборы и принадлежности: баллистический маятник, ружье, набор пуль.

 

Описание установки

Баллистический маятник представляет собой цилиндр, подвешенный на четырех длинных нитях. К цилиндру прикреплена стрелка для отсчета его горизонтального смещения. Шкала отсчета помещена под цилиндром. Стреляющее устройство представляет собой ружье, закрепленное на штативе. Чтобы зарядить ружье, необходимо повернуть ствол ружья вверх на 90о до щелчка и заложить в ствол пулю. Далее ствол возвращают в горизонтальное положение.

 

Теоретическое введение

Схематично баллистический маятник можно представить в виде тела, подвешенного на длинной нерастяжимой нити (рис.1).

 

Пуля, летящая со скоростью , после центрального соударения с покоящимся телом застревает в нем. Так как система пуля-цилиндр изолирована в горизонтальном направлении, на основании закона сохранения импульса можно записать

где m, M – масса пули и цилиндра соответственно, - скорость тела вместе с пулей после соударения. Скорость системы после соударения можно определить из закона сохранения механической энергии. После удара маятник отклоняется на угол , а цилиндр поднимается на высоту h. Пренебрегая сопротивлением воздуха и массой нити, можно записать

Откуда находим скорость :

Высоту h можно выразить через длину l и угол отклонения маятника . Из рис.1. следует:

Если маятник отклоняется на малый угол , то:

где S – горизонтальное смещение цилиндра.

Подставив (4) в (3) с учетом (5), получаем для начальной скорости пули:

Таким образом, для экспериментального определения скорости пули , необходимо знать массу пули m, массу цилиндра M, длину нити l, ускорение свободного падения и измерить горизонтальное смещение маятника.

Масса цилиндра, пули и длина нити указаны на установке.

 

Экспериментальная часть

1. Отметить по шкале положение стрелки в состоянии равновесия цилиндра.

2. Зарядить ружье и произвести выстрел.

3. Отметить положение стрелки по шкале при максимальном отбросе цилиндра .

4. Аналогичные измерения провести не менее пяти раз. При повторных испытаниях цилиндр необходимо возвращать в начальное положение, и выстрел производить только по неподвижному цилиндру.

5. По результатам измерений вычислить горизонтальное отклонение маятника для каждого испытания и найти среднее значение горизонтального отклонения <S>.

6. По (6) посчитать скорость пули , используя среднее значение горизонтального отклонения маятника.

7. Результаты измерений и расчетов занести в протокол испытаний.

 

Протокол испытаний

№ <S> m M l g
             
             
             
             
             

 

РАБОТУ ВЫПОЛНЯТЬ ТОЛЬКО С РАЗРЕШЕНИЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ И С ЛАБОРАТНОМ!

Контрольные вопросы

1. Сохраняется ли механическая энергия при ударе пули о цилиндр?

2. Сформулируйте закон сохранения механической энергии.

3. Сформулируйте и запишите закон сохранения импульса.

4. Перечислите принятые в теории ограничения. Выполняются ли эти требования в данной работе?

 

Лабораторная работа №3.