Лабораторная работа № 5 (А.Е. Тарасов - Электронный учебно-методический комплекс по физике для РТФ (2012))

ОглавлениеЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5................................................................................................................. 21. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ............................................................. 22. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ............................................................................................. 3КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ...................................................................................................................

42Лабораторная работа № 5ОПРЕДЕЛЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ МЕТОДОМФИЗИЧЕСКОГО МАЯТНИКАЦель работы: определение скорости пули через использование неупругого удара.1. Описание установки и метода измеренийЛабораторная установка состоит из физического маятника и стреляющегоустройства (РИС. 1).Рис. 1Стреляющее устройство 1 закреплено в станке и фиксируется направляющими 2,что позволяет точно прицеливаться в щель ловушки 3.Физический маятник представляет собой длинную трубку 4, на нижнем конце которой прикреплена ловушка для пули в виде металлической коробки с щелью 3.Верхний конец трубки шарнирно закреплён в точке подвеса к Г-образному штативу 5. Отклонение маятника на угол α измеряется с помощью указателя 6, закреплённого на ловушке, по шкале 7, находящейся под маятником (расстояниеS – S0, где S0 – начальное положение маятника, S – отклонение маятника).Пуля, взаимодействуя с физическим маятником, неупруго тормозится и сообщаетмаятнику угловую скорость ω, в результате чего маятник отклоняется на угол αот вертикали.Если время τ соударения пули с маятником мало по сравнению с периодом Т колебания физического маятника, то он не успевает заметно отклониться от исходного положения за время соударения.

Учитывая также, что момент внешних силмал (внешние силы значительно меньше внутренних), систему пуля-маятникможно рассматривать как квазизамкнутую и применять к ней закон сохранениямомента импульсаmvl  Iω ,(1)где mvl – момент импульса пули до удара, I – момент инерции маятника с пулейотносительно оси вращения физического маятника.3В нашем случаеm1l 2l2(2)I  m2  m l 2   m1  3m2  3m ,33где m1 – масса трубы, m2 – масса ловушки, m – масса пули, l – расстояние от середины ловушки до точки подвеса.Физический маятник, имея начальную угловую скорость ω, отклоняется на угол α(баллистический отброс).

При подъёме маятника центр масс поднимется на высоту h. Закон сохранения механической энергии после удара запишется в этом случае в видеIω2(3)  m1  m2  m gh ,2αгде h  Rц. т. 1  cos α   2Rц. т. sin2 ; Rц. т. – расстояние от точки подвеса маятника до2центра тяжести системы,lm1  (m2  m)l l(m  2m  2m)212.(4)Rц. т. m1  m2  m2(m1  m2  m)Учитывая, что m  m1, m2, получаем из (1), (2)v  ωl  m1  3m2  3mи, выражая ω из (3), окончательно получимαsin2 2gl m2  5m m  6m2 .v 1 1 2 2m3(5)α α (при этом α надо выражать в ра2 2дианах), где α  (S – S0)/l, S и S0 измеряются по шкале, l – задано на установке.Так как угол α мал, то можно положить sin2.

Порядок выполнения работы1. Взвесить на весах 5 пуль. Найти массу m одной пули. (Пули получить у лаборанта.)2. Вставить одну пулю в стреляющее устройство и зажать с помощью пружины.3. Произвести выстрел, одновременно наблюдая отклонение маятника S. Записать в ТАБЛ. 1 значение S. Проделать аналогичные измерения со всеми пулями.Таблица 1№ п/п12345SS  S0αS, ммS0 = …; ΔS0 = …; l = …; Δl = …; ΔSинс = …; ΔSсл = …4. Найти среднее значение угла αS  S0.l5.

Для этого значения α рассчитать скорость пули v по формуле (5). Значения l,m1, m2 указаны на установке.α46. Рассчитать погрешность Δv по формуле2222222 Δα   Δm  1  Δl  (2m1  5m2 ) Δm1  (5m1  12m2 ) Δm2 Δv  v  , (m12  5m1m2  6m22 )2 α   m  4  l (ΔS )2  (ΔS0 )2 (Δl )2 2 , ΔS  (ΔSсл )2  (ΔSинс )2 .где Δα  α2( S  S0 )lРассчитать относительную погрешность δv Убедиться, что погрешностьΔv.vΔgмала по сравнению с другими погрешностями.g7. Записать окончательный результат в видеv  v  Δv .Контрольные вопросыЧто такое неупругий удар?Что такое физический маятник?Дать определение центра масс системы.Сформулировать закон сохранения момента импульса.Указать, какие силы являются внутренними, а какие внешними для рассматриваемой системы.6.

Сформулировать закон сохранения механической энергии и записать его дляданного случая.7. Что такое момент инерции тела относительно оси?1.2.3.4.5..