Архитектура Аудит Военная наука Иностранные языки Медицина Металлургия Метрология
Образование Политология Производство Психология Стандартизация Технологии


ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА



________________________________________________________________________________

 

Приборы и принадлежности: прибор для исследования столкновений шаров, линейка, аналитические весы.

 

Цель работы: изучение закона сохранения импульса.

 

Введение

 

Импульсом тела массой m, движущегося со скоростью , называется вектор . Если система состоит из нескольких тел, то ее импульс равен геометрической сумме импульсов всех тел, входящих в эту систему.

В замкнутой системе выполняется закон сохранения импульса: импульс системы не изменяется с течением времени:

 

,

 

где и - масса и скорость -го тела системы, состоящей из тел. Например, если два тела с импульсами и испытывают упругое соударение, то после удара импульс системы не должен изменяться, т.е.:

 

,

 

где и - скорости тел после удара.

При абсолютно упругом ударе механическая энергия системы также не изменяется.

Закон сохранения импульса принадлежит к числу фундаментальных законов физики. Он справедлив не только в рамках классической механики.

Данная работа состоит в определении импульсов двух шаров до и после удара и в сравнении полученных результатов.

Пусть два шара – 1-й и 2-й висят на подвесках равной длины, касаясь друг друга. Если шар 1 отклонить на угол и отпустить, то в результате упругого удара шар 2 отклонится от исходного положения на угол β 2, а шар 1 – на угол β 1.

Так как до удара шар 2 покоился, то импульс системы из двух шаров до удара равен:

 

P = m1V1. (1)

 

Скорость V1 можно найти на основании закона сохранения механической энергии по формуле:

 

, (2)

 

где: h - высота, на которую поднят шар 1;

g- ускорение свободного падения.

Высоту h можно выразить через длину подвески l (в соответствии с рис. 1), учитывая, что радиус шара намного меньше длины подвески l:

 

. (3)

 

 

Рис. 1

 

 

С учетом (3) для скорости V1 справедливо выражение:

 

. (4)

 

Тогда общий импульс системы двух шаров до удара:

 

. . (5)

 

После упругого удара импульсы первого и второго шаров станут равны и .

Значения скоростей и определяются соотношениями, аналогичными соотношению (4):

 

, . (6)

 

Соответственно, выражения для импульсов шаров:

 

; ; (7)

 

а импульс системы после удара:

 

.

 

По закону сохранения импульса: , что строго выполняется только для замкнутой системы.

 

Описание установки

 

Общий вид прибора для проверки закона сохранения импульса представлен на рис.2.

На основании прибора закреплена колонка с двумя кронштейнами. На верхнем кронштейне укреплен горизонтальная траверса; на ней подвешены шары 1 и 2 и укреплен вороток, служащий для установки расстояния между шарами. Длина подвесов шаров регулируется винтами 3. На нижнем кронштейне закреплены угольники со шкалами 4 для регистрации углов отклонения подвесов шаров от исходного вертикального положения.

На специальных направляющих укреплен электромагнит 5, удерживающий шар 1 в состоянии исходного отклонения. Сила электромагнита регулируется винтом 6.

На лицевой панели основания расположены кнопки " Сеть", " Сброс" и " Пуск".

Порядок выполнения работы

 

1. Нажатием клавиши " Сеть" включить сетевое напряжение. После этого прибор готов к работе.

 

2. Отжать клавиши " Сброс" и " Пуск" ( индикаторы этих клавиш при этом показывают цифры " 0" ).

 

3. Первую серию опытов провести с шарами разных масс. Провести

корректировку осевой установки шаров. Удар должен быть центральным, т.е. до и после удара шары двигаются вдоль прямой, проходящей через их центры. Для этого риски на шарах нужно довести до одного уровня.

Установить электромагнит на выбранном расстоянии. Винтом 6 отрегулировать силу электромагнита, чтобы он смог удержать шар.

 

4. 1-й (правый) шар отклонить к электромагниту для удержания электромагнитом (при этом клавиши " Пуск" и " Сброс" отжаты); левый шар оставить неподвижным.

 

5. Нажать клавишу " Пуск" (при этом 1-й шар перестает удерживаться электромагнитом); по шкалам 4 определить углы β 2 и β 1, на которые подвесы шаров после удара отклонятся от вертикального направления.

Результаты занести в таблицу 1.

После измерения вновь отжать клавиши " Пуск" и " Сброс".

 

Таблица 1

 

№ наблюден. Шары разных масс m1 = m2 = Шары равных масс m1 = m2 =
Углы α 1 β 1 β 2 α 1 β 1 β 2
           
           
           
           
           
           
           
           
           
           
Средн. зн. углов            
Средние значения скоростей   V1 U1 U2 V1 U1 U2
Импульсы шаров   m1V1 m1U1 m2U2 m1V1 m1U1 m2U2
Импульсы Систем   До удара После удара До удара После удара

 

 

6. Измерения углов β 2 и β 1 провести 10 раз, найти средние значения этих углов.

 

7. С помощью линейки измерить длину подвесов шаров l - от точки подвеса до центра шара.

 

8. С помощью аналитических весов определить массы шаров.

 

9. Провести новую серию опытов с шарами одинаковых масс. Для это-

го повторить операции по пунктам 2 - 8.

 

10. Результаты занести в таблицу 1. Отключить прибор от сети.

 

11. По формулам (4) и (6) вычислить средние значения скоростей ша-

ров V1, U1 и U2. Для этого в формулы подставить средние значения углов, рассчитанных в пункте 6 «порядка выполнения работы» - отдельно для каждой серии измерений. Результаты расчетов занести в таблицу 1.

 

12. По усредненным значениям скоростей для каждой серии измерений рассчитать импульсы системы до и после соударений. Результаты занести в таблицу 1.

 

13. Проанализировать полученные результаты с точки зрения закона сохранения импульса.

 

 

Контрольные вопросы

1. Что называется механической системой? Какие системы являются замкнутыми?

 

2. В чем заключается закон сохранения импульса? В каких системах он выполняется?

 

3. Что такое «абсолютно упругий удар»? Какие «законы сохранения» можно использовать при анализе такого удара?

 

4. Какие направления должны иметь импульсы шаров после их упругого соударения в случаях: а) массы шаров равны; б) масса ударяющего шара меньше массы неподвижного шара; в) масса ударяющего шара больше массы неподвижного шара?

Литература

 

5. Савельев И.В. Курс физики: Учебник в 3-х томах. Т.1: Механика. Молекулярная физика. М., - Наука, 1989. - 352 с.

 

2. Трофимова Т.И. Курс физики: Учебное пособие для вузов. 6-е изд. стер. – М., Высшая школа, 1999. – 542 с.

 

Лабораторная работа № I - 8

 


Поделиться:



Популярное:

  1. VI. ЗАКОН СОХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ
  2. Административно-правовой статус закреплен в Конституции РФ, законах и в нормативных актах (как правило, положениях об органах).
  3. Блок 9. Изучение формы распределения
  4. Богословие и критическое изучение Библии
  5. Будь верен законам эстетической материи,
  6. В замкнутой системе момент импульса не изменяется со временем
  7. В каких случаях действует обратная сила уголовного закона?
  8. Вопрос 136. Конституционное право работников на отдых и гарантии его реализации. Понятие и виды времени отдыха. Право на ежегодный основной отпуск и его виды. Отпуск без сохранения заработной платы.
  9. Вопрос 2. Изучение и прогнозирование покупательского спроса.
  10. Вопрос 2. Структура уголовного закона
  11. Вопрос 290. Действие уголовного закона во времени и в пространстве. Обратная сила уголовного закона.
  12. Вопрос 3. Действие уголовного закона во времени


Последнее изменение этой страницы: 2016-08-31; Просмотров: 1032; Нарушение авторского права страницы


lektsia.com 2007 - 2024 год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! (0.038 с.)
Главная | Случайная страница | Обратная связь