Файл: Отчет по лабораторной работе 2н неупругое соударение шаров.pdf

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)» кафедра физики
ОТЧЕТ
по лабораторной работе № 2н
«
НЕУПРУГОЕ СОУДАРЕНИЕ ШАРОВ
»
Выполнил : Борисов Владислав Станиславович
Группа № 2311
Преподаватель:_ Титов Леонид Алексеевич, Чурганова Серафима Сергеевна
Вопросы
Задачи ИДЗ
Даты коллоквиума
Итог
Санкт-Петербург, 2022

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: экспериментальная проверка законов сохранения импульса и энергии при абсолютно неупругом столкновении шаров, подвешенных на бифилярных подвесах, по углу их совместного отклонения после столкновения.
ЭСКИЗ ИЛИ СХЕМА УСТАНОВКИ :
Лабораторная установка для изучения неупругого удара (рис. 2.1) представляет собой два стальных шара с массами m1 и m2 (на боковой поверхности шара m2 в точке столкновения нанесен пластилин), закрепленных на бифилярных подвесах 3. Длины бифилярных подвесов от оси их подвеса до центров масс шаров одинаковы и равны L. Шар m1 может удерживаться в отклоненном положении электромагнитом 4. Положение электромагнита может изменяться за счет поворота штанги 5. Начальный угол отклонения подвеса шара m1 от вертикального положения определяется с помощью поворотного индикатора 6 и шкалы 7. Поворотный индикатор 8 со шкалой 9 позволяет определить угол совместного отклонения бифилярных подвесов слипшихся шаров после удара. Устройство 10 позволяет предотвратить отклонение шаров после соударения, если это необходимо.
Управление электромагнитом осуществляется с помощью блока 11. Установка имеет два режима работы, регулируемых тумблером «плоскость»/«удар», находящимся в ее нижней части слева.

ИССЛЕДУЕМЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ:
Абсолютно неупругим называют удар, при котором после столкновения тела движутся с одинаковыми скоростями в одном направлении (слипаются).
В процессе неупругого удара механическая энергия не сохраняется, превращаясь частично во внутреннюю энергию столкнувшихся тел (тела нагреваются). При любом типе столкновения тел должен выполняться закон сохранения энергии, а при их быстром столкновении – еще и закон сохранения импульса в системе сталкивающихся тел.
Если шар
2
m
до столкновения был в состоянии покоя, то скорость шаров будет после столкновения и тепло, которое выделяется после удара, будут равны
2 1 1 1
2 1 1
2 1
2
,
2(
)
m
m m
Q
m m
m m



=
=
+
+
Если шар
1
m
до столкновения был отклонен от положения равновесия на угол
0

, то он относительно своего начального положения поднимется на высоту
0 0
(1 cos
)
h
L

=
−
, где L – расстояние от оси вращения подвесов до центра масс шара.
Согласно закону сохранения энергии
2 1 1 1
0 2
m v
m gh =
шар
1
m перед столкновением с покоящимся шаром
2
m
будет иметь скорость
1 0
0 2
2
(1 cos
)
v
gh
gL

=
=
−
После столкновения шаров их подвесы отклонятся на угол  и шары поднимутся на высоту
0
(1 cos
)
h
L

=
−
. А их скорость после столкновения согласно закону сохранения энергии будет равна

2 2
(1 cos
)
v
gh
gL

=
=
−
Подставляя полученные выражения для скоростей
1
v
и
v
в первую формулу , получим формулу для косинуса угла отклонения подвесов после неупругого удара:
1 0
1 2
2
cos
1
(1 cos
)
m
m
m




= −
−


+



Таблица 1 - Определение угла отклонения α шаров, подвешенных на бифилярных подвесах, после их абсолютно неупругого столкновения при N = 3, P = 95 %,
,
α
1.3, θ
2.5
P N

=
=

0
α
№ 0
0
cos
x

=
α
θ
sin αθ
x
=
(
)
1 0
1 2
2 1
1
m
y
x
m
m


= −
−


+


1 1
2 0
2
θ
θ
y
x
m
m
m


= 

+


α
cos
x

=
α
θ
sin αθ
x
=
20
1 2
3 30
1 2
3 40
1 2
3 50
1 2
3 60
1 2
3

Ответы на вопросы к лабораторной работе №1 1. Что такое присоединенная масса?
Присоединенной массой называется фиктивная масса жидкости, кинетическая энергия которой при ее движении со скоростью тела равна кинетической энергии окружающей тело жидкости.
2. Объясните суть явления вязкого трения.
Суть явления в том, что разные слои взаимодействуют друг с другом, создавая силы внутреннего трения. Быстрые слои газа или жидкости увлекают другие, а более медленные тормозят слои, которые быстрее медленных слоев

Таблица 2.2 – Константы эксперимента
1
m
, г
2
m
, г
L, см
45

1 131

1 23.9

0.1