Вывод рабочей формулы и описание установки. Следует обратить внимание на то, что в данной лабораторной работе для определения

 

Следует обратить внимание на то, что в данной лабораторной работе для определения малых промежутков времени (~10^-6с) применяется метод конденсаторного хронометра, основанный на изменении напряжения на конденсаторе в процессе удара шара за время, которое нужно определить.

Лабораторная установка для определения времени удара состоит из электрической схемы (рис. 3.2), в которую включены два металлических шара, выполняющие роль ключа, электромагнита для фиксации угла отклонения правого шара и магнита для фиксации левого шара, электростатического вольтметра, кнопки сброса показаний вольтметра и ключей: для включения схемы в сеть, для включения электромагнита и для зарядки блока питания.

В схему зарядки конденсатора включен стабилизатор тока, поэтому напряжение на конденсаторе пропорционально времени соприкосновения шаров, т.е. времени соударения . Из определения электроёмкости конденсатора  получаем выражение для времени удара шаров:

.                  (I)

В лабораторной установке два металлических шара одинаковой массы  подвешены на практически нерастяжимых нитях так, что при ударе центры шаров находятся на одной линии, т.е. происходит центральный удар. Если правый шар 2 отвести от положения равновесия на угол a и отпустить его, то в момент удара он передаёт левому шару I импульс.

 

Согласно закону сохранения импульса:

,

где  – скорость правого шара в момент, предшествующий удару,   и  – скорости шаров после удара.

Используя закон сохранения энергии, получим для описанного выше удара:

.

Учитывая, что массы шаров одинаковы, уравнения законов сохранения импульса и энергии можно записать в виде ,  откуда .

Так как под действием удара второй шар начал двигаться, то , тогда . Таким образом, при равенстве масс двух соударяющихся шаров, один из которых неподвижен, движущийся шар полностью передает импульс неподвижному и останавливается. Поэтому , т.е. шары как бы обмениваются скоростями. Если второй шар после удара остаётся в покое, то   и второй закон Ньютона   можно записать в виде , где - время удара. Следовательно, сила удара

 .                                       (2)

Шар, отведенный от положения равновесия на угол (рис. 3.3), обладает запасом потенциальной энергии . Эта энергия в начальный момент соприкосновения полностью переходит в кинетическую энергию , откуда скорость шара

.                                         (3)

Из рис. 3.3 следует, что , поэтому . Подставляя полученное выражение для  в (3), получим рабочую формулу для определения скорости шара

                 .                                   (4)

Выражения (I), (2), (4) - рабочие формулы для вычисления времени удара, силы удара, скорости шара. Формулы для вычисления абсолютных и относительных погрешностей указанных величин необходимо получить самостоятельно.

 

⇐ Предыдущая3456789101112Следующая ⇒

Поделиться: