Файл: Отчет по лабораторной работе исследование соударения шарика со стенкой.docx

Скачать файл (0,35Мб)

Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Отчет по практике

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 12.01.2024

Просмотров: 52

Скачиваний: 1

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Кузбасский государственный технический университет

имени Т. Ф. Горбачева»
Кафедра физики

Отчет

по лабораторной работе №

«ИССЛЕДОВАНИЕ СОУДАРЕНИЯ ШАРИКА СО СТЕНКОЙ»

Выполнил ст. группы

________________________________

(Ф.И.О.)

Преподаватель

________________________________

(Ф.И.О.)

	Дата	Роспись
Допуск
Отчет

Цель работы: определение коэффициента восстановления, продолжительности удара и средней силы взаимодействия шарика со стенкой

Приборы и принадлежности: на экране изображена экспериментальная установка. В ней имеется металлическая стенка, об которую может ударяться металлический шарик, подвешенный на тонкой металлической нити

Схема установки

Рис.1. Основное окно программы и схема экспериментальной установки

Основные расчетные формулы

Коэффициент восстановления. V – скорость шарика до удара; V1 – скорость шарика после удара. Упругие свойства системы удобно характеризовать коэффициентом восстановления

(2.2)

Очевидно,

, где значения V1 и V соответствуют неупругому и абсолютно упругому удару. Фактически

.

Скорость шарика в работе определяется косвенным образом. Шарик подвешен на длинной нити так, что в положении равновесия соприкасается с плитой.

При отклонении нити на угол α центр тяжести шарика поднимается на высоту

(2.3)

Из закона сохранения механической энергии следует:

(2.4)

где V – скорость шарика в нижней точке. Из (2.4) и (2.3) получаем

или

(2.5)

Зная начальный угол отклонения шарика α, можно из (2.5) найти его скорость V в начале соударения. А скорость шарика V1 в конце соударения:

(2.6)

где α1 – максимальный угол отклонения после удара. Тогда из (2.5) и (2.6) получаем соотношение для расчета коэффициента восстановления

(2.7)

Время соударения. Для определения продолжительности удара в работе используется косвенный метод. Известно, что если заряженный конденсатор емкостью С замкнуть на сопротивление R, то напряжение на нем уменьшается по экспоненциальному закону:

(2.8)

где t – время,

- начальное напряжение.

В лабораторной установке замыкание цепи, через которую разряжается конденсатор, происходит при контакте шарика с плитой. В результате напряжение на конденсаторе после удара оказывается меньше, чем до удара. Измерив

можно из (2.8) найти длительность удара

(2.9)

Электрическая схема

, используемая в работе.

При замыкании ключа К1 конденсатор С заряжается от батареи Е. Напряжение на конденсаторе измеряется вольтметром V при замыкании ключа К3. Ключ К2 служит для временного замыкания цепи разряда конденсатора. Шарик, подвешенный на металлической нити, при контакте с плитой выполняет роль ключа, замыкающего цепь в течение удара.

Зная длительность удара t, можно из второго закона Ньютона найти среднюю силу F взаимодействия шарика со стенкой.

(2.10)

Учитывая, что

, получаем

(2.11)

Определение коэффициента восстановления E

Отклонили шарик на угол α=15°. Затем, освободив шарик, зарегистрировали угол α1 максимального отклонения. Занесли значения углов в таблицу 1. Измерения провели 5 раза.

Провели опыт для углов α =10° и α =5° для каждого угла сделали 5 измерений(таблица 1).

Таблица 1. Значения углов.

№	α1(α=15^o)	α2(α=10^o)	α3(α=5^o)
1	7,0	5,0	3,0
2	7,0	5,0	3,0
3	6,0	5,5	3,5
4	8,0	5,0	3,0
5	7,0	5,0	3,5
Средние	7,0	5,1	3,2

Рассчитали для каждого из углов коэффициент восстановления E:

Определение продолжительности удара t

Отклонили шарик на угол α =15°. Нажав на ключ K1, зарядили конденсатор от источника напряжения. Затем подключили к конденсатору вольтметр, нажав на ключ K3. Измерили начальное напряжение U0 на конденсаторе и отключили вольтметр, выключив K3(см. таблицу 2).

Подсоединили конденсатор к шарику через проводящую нить, включив ключ K2. После чего освободили шарик.

Во время удара шарика о стенку происходит постепенный разряд конденсатора. Скорость разряда задаётся значением ёмкости C=

и величиной балластного резистора R= (220±0,1) Ом. Сразу после удара ключ K2 автоматически выключится. После этого измерили остаточное напряжение U на конденсаторе и занесли его в таблицу 2. Провели опыт 5 раз для углов 10 и 5.

Таблица 2.