Лабораторная работа № 3 (1175202)

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла

ОглавлениеЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3................................................................................................................. 21. ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДА ИЗМЕРЕНИЙ ............................................................. 22. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ ............................................................................................. 3ДАННЫЕ УСТАНОВКИ .......................................................................................................................

43. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ ............................................................................... 44. ДОПОЛНИТЕЛЬНОЕ ЗАДАНИЕ ...................................................................................................... 5КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ................................................................................................................... 52Лабораторная работа № 3ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОВ СОХРАНЕНИЯПРИ СОУДАРЕНИИ ШАРОВЦель работы: изучение явления соударения тел, экспериментальное определение времени соударения, расчёт средней силы взаимодействия при ударе.1. Описание установки и метода измеренийСхема установки представлена на РИС.

1. Дваметаллических шара с помощью бифилярных токопроводящих подвесов подвешенына вертикальной стойке. В положении равновесия они должны касаться друг друга. Уоснования стойки закреплены две шкалы, спомощью которых определяются углы отклонения шаров до и после удара. На правой шкале закреплён электромагнит 3, который удерживает шар 2 в выбранномначальном положении. Микросекундомер 4предназначен для определения временисоударения шаров. В его корпусе смонтирован также блок питания электромагнита.Включение электромагнита происходитпосле нажатия клавиши СЕТЬ. При нажатиина клавишу ПУСК цепь электромагнитаРис. 1размыкается и шар начинает двигаться.При этом микросекундомер переходит в режим ожидания. Измерение времени соударения происходит при наличии электрического контакта между шарами.

Таккак этот контакт зависит от состояния поверхности шаров и от точности установки шаров (центры их должны лежать на одной линии), то возможен существенный разброс между отдельными измерениями, проведёнными в данной серии.Для того чтобы избежать этого, нужно провести серию из большого числа измерений, а затем сделать выборку близких друг к другу значений. Микросекундомерфиксирует время только одного соударения. Клавишей СБРОС вновь включаетсяэлектромагнит и прибор готов к новому измерению.Зная угол отклонения шара 2 и длину подвеса l, найдём высоту h2, с которойначнёт опускаться этот шар(1)h2  l  l cos α .Время соударения τ измеряется с помощью микросекундомера. Среднюю силу Fвзаимодействия шаров можно найти, записав второй закон Ньютона для шара 1 впроекции на горизонтальную осьΔ  m1 v   F τ или m1  vкон  vнач   F τ ,(2)3До взаимодействия шар 1 покоился и его начальная скорость vнач = 0.

После удараон начнет двигаться со скоростью vкон, которую можно найти из закона сохранения механической энергии, зная высоту h1, на которую поднимется шар (еслипренебречь работой сил сопротивления):2m1 vкон m1 gh1 ,2гдеh1  l  l cos β .(3)Отсюдаvкон  2gl 1  cos β   2 gl sinβ.2(4)Подставив это значение в формулу (2), получим2m1 glβ(5)sin .τ2Угол отклонения β будет меньше, чем угол α.

Это связано с тем, что, во-первых,удар не является абсолютно упругим и, во-вторых, массы шаров не равны, поэтому после удара шар 2 не останавливается. Оценим долю механической энергии,которая переходит в теплоту после удараW  Wкон.(6)η  начWначF Начальная энергия системы шаров определяется потенциальной энергией шара 2.Зная высоту h2 (1), найдёмWнач  m2 gh2  m2 gl 1  cos α  .(7)Конечная энергия системы тел после удара будет равна сумме кинетическихэнергий этих шаров2m1 vконm u2m u2(8) 2  m1 gh1  2 ,222где u – скорость второго шара после удара.Скорость u, входящую во второе слагаемое, можно найти из закона сохраненияимпульса в момент удараm2u2  m1 v  m2u .(9)Wкон Здесь u2  2gl(1  cos α ) [см.

аналогичные формулы (3) и (4)], u2 – скорость второго шара до удара.В результате после ряда преобразований формулу (6) можно привести к видуm 2 1  cos β 1  cos α    1  1 (1  cos β )m2 m.η 1m21  cos α(10)2. Порядок выполнения работы1. Нажать на клавишу СЕТЬ, при этом должно заработать табло цифровой индикации на панели микросекундомера.

Отклонить шар 2 на угол α до соприкоснове-4ния с электромагнитом. Нажать клавишу СБРОС. При этом табло цифровой индикации времени покажет нули.2. Нажать клавишу ПУСК. Измерить время соударения τ и угол отклонения шар 1после удара, т. е. угол β. Данные записать в ТАБЛ. 1, после чего нажать клавишуСБРОС.3. Измерения провести не менее десяти раз, после чего сделать выборку, состоящую из пяти наиболее совпадающих результатов.

Эти данные занести в ТАБЛ. 1.(Как указывалось выше, электрический контакт между шарами зависит также отсостояния их поверхностей. Для того чтобы ослабить эту зависимость, предлагается сделать выборку из проведённой серии измерений.)Данные установкиα  ….; Δα  …m1 = ….; Δm1 = …; m2 = …; Δm2 = …l = …; Δl = …Таблица 1№ п/пτi, мкс12345СреднееΔτi, мксβi, градΔβi, град––3. Обработка результатов измерений1. Найти среднее значение времени соударения τ .2. Найти отклонение от среднего значенияΔτi  τ  τi .Данные занести в ТАБЛ.

1.3. Рассчитать случайную погрешность Δτсл.Найти суммарную погрешностьΔτ  (Δτсл )2  (Δτинс )2 .4. Записать результат измерения времени соударенияτ  τ  Δτс учётом правил округления.5. Аналогичные расчёты провести для угла β.6. По формуле (5) найти среднюю силу взаимодействия двух шаров(g = 9,8156 м/с2).7. Рассчитать погрешность средней силы взаимодействия шаров по формуле2ΔF  F221 2 β 2  Δτ   Δm1  1  Δl ctg Δβ         .42 τ   m1  4  l F5Рассчитать относительную погрешность δ ΔF.FВ этой формуле Δβ следует взять в радианах. Кроме того, можно пренебречь слагаемыми, которые много меньше остальных.8.

Записать окончательный результат расчётов в видеF  F  ΔFс учётом правил округления.9. Сравнить внутреннюю силу, т. е. силу взаимодействия F , с внешними силами,например с силой тяжести m1g. Для этого найти отношение F m1 g и убедиться,что оно много больше единицы.10. По формуле (10) найти долю энергии, перешедшей в теплоту.4. Дополнительное заданиеПо указанию преподавателя провести измерение силы взаимодействия шара инеподвижной стенки. В этом случае измеряются время соударения τ, углы отклонения шара до и после удара α1 и α2 соответственно.

Сила взаимодействия рассчитывается по формулеF2m2 gl αα sin 1  sin 2  .τ22Контрольные вопросы1.2.3.4.5.Какой удар называется упругим?Какие законы сохранения выполняются при упругом ударе?Что называется неупругим ударом?Найти долю энергии, которая переходит в тепло при упругом ударе.Найти скорости шаров после упругого удара..

Характеристики

Тип файла PDF

PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.

Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.

Список файлов учебной работы