V. Методика експерименту

Загальний вигляд приладу для дослідження удару куль УРМ-08 показаний на рис. 15.1. Основа (1) стоїть на регулюючих ніжках (2), з допомогою яких проводиться вирівнювання приладу. На основі закріплена колонка (3), на якій закріплені нижній (4) та верхній (5) кронштейни.

У верхній частині колонки закріплені кронштейни із стержнями (6) і гвинт (7), який використовується для встановлення відстані між кулями. На стержнях (6) розміщені тримачі (8) з втулками (9), які фіксуються з допомогою болта (10) і пристосовані для закріплення підвісів (11). Через підвіси протягнуті дротини (12), які підводять напругу до гвинтів (13), підвісів (11), а через них до куль (14). Після відкручування гвинтів в підвісах можна встановити довжину підвіски куль. На нижньому кронштейні закріплені кутники з шкалами (15),(16), а також електромагніт (17). Після відкручування болтів (18),(19) електромагніт можна пересувати вздовж правої шкали і фіксувати висоту його положення.

 

Силу електромагніта можна регулювати гвинтом (23). Кутники з шкалами також можна пересувати вздовж нижнього кронштейна. Для зміни їх положення треба відпустити гайки (20), підібрати необхідне положення кутників, а потім догвинтити гайки. На основі закріплений мікросекундомір РМ-16 (21) та блок живлення, який передає напругу через з’єднання (22) до куль і електромагніта.

Закон збереження енергії: повна механічна енергія ізольованої консервативної системи під час руху системи не змінюється.

У процесі експерименту досліджується закон збереження імпульсу. Імпульс куль до удару визначається за формулою:

 

                                 (15.1)

 

де m ₁ – маса кулі разом з підвіскою, яка рухається і ударяється в нерухому кулю; v ₁ – швидкість цієї кулі, яка визначається за формулою:

                    (15.2)

де g – прискорення сили земного тяжіння,  довжина підвіски кулі, a – кут, з якого була відпущена куля. Сумарний імпульс куль після пружного центрального удару

                             (15.3)

 

де m ₂ – маса другої кулі разом з підвіскою, в яку ударяє перша куля масою m ₁,  і  – відповідні швидкості куль після удару, які визначаються за такими формулами:

                             (15.4)

                        (15.5)

де  – кут, на який відскочила куля, яка ударяла,  кут, на який відскочила після зіткнення куля, яку ударила куля масою m ₁.

Після ідеально непружного зіткнення сумарний імпульс буде визначатися формулою:

                     (15.6)

де  – спільна швидкість куль після зіткнення, яка визначається за формулою:

                    (15.7)

де  – кут, на який відхиляться обидві кулі після удару.

Пружні та непружні удари можна характеризувати коефіцієнтом відновлення:

                                 (15.8)

де  – відносна швидкість куль після удару, а  – відносна швидкість куль до удару.

Формули (15.1), (15.3), (15.6), (15.8) є робочими формулами.

 

 

VI. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

Експлуатація приладу допускається лише при його заземленні. Перевірити горизонтальність положення основи приладу. Натиснути кнопку "СЕТЬ" і перевірити, чи всі індикатори вимірювача показують цифру "нуль". Прилад готовий до роботи одразу після вмикання його в електричну мережу.

Для дослідження непружних зіткнень кулі виготовляють із пластиліну.

 

Завдання. Перевірка закону збереження імпульсу та енергії.

1. Гайки підвісів перемістити максимально вгору, на підвіси нагвинтити дві вибрані кулі. З допомогою гвинта (7), що знаходиться на верхньому кронштейні відстань між стержнями (6) встановлюють такою, щоб кулі дотикалися одна до другої.

2. Відпустити болти (10) і перемістити тримачі (8) в положення, в яких леза підвісів будуть знаходитися в одній площині з кутниками із шкалами (15,16). Болти після цього треба затягнути.

3. Відпустити гвинти підвісів і встановити таку довжину дротів (12), щоб на висоті кутових шкал знаходилися лише леза підвісів, а риски на кулях знаходилися на одному рівні. Після цього гвинти підвісів треба затягнути.

4. Провести корекцію основної установки куль. Для цього кулю, яка займає вище положення, легко вивертаючи, довести до рівності рівнів рисок на кулях і затягнути гайку підвісів. Діапазон можливого коректування 0-4 мм.

5. Відпустити гайки (20) і встановити кутники (15,16) так, щоб леза підвісів показували нуль для моменту, коли кулі знаходяться в спокої. Затягнути гайки (20). Відпустити болти (18,19). Встановити електромагніт на вибраній відстані від початку шкали і на такій висоті, щоб його вісь була продовженням риски на кулі. Болти (18,19) затягнути.

6. Натиснути кнопку "СЕТЬ", потім "ПУСК". Гвинтом (23) відрегулювати силу електромагніта, щоб він утримував кулю.

7. Праву кулю відвести в бік електромагніта і заблокувати в цьому положенні, ліву кулю встановити нерухомо в положенні рівноваги. Прочитати значення кута a₁.

8. Натиснути кнопку "СБРОС", далі "ПУСК". Після зіткнення куль відмітити, на які кути  і  або  відійдуть кулі. Записати їх значення та тривалості   t  зіткнення куль. Вимірювання провести не менше 10 разів.

9. Виміряти за допомогою масштабної лінійки довжину підвісок (між стержнем верхнього кронштейна і центром кулі). Виміри повторити 10 разів.

10. На терезах, які забезпечують точність вимірювання   г, зважити кулі разом з підвісками і знайти m ₁ і m ₂. Всі дані занести в таблицю.

11. За формулами (15.1), (15.3) або (15.6) визначити імпульс куль до і після удару. За формулою (15.8) оцінити коефіцієнт відновлення.

12. Перевірити виконання закону збереження енергії при непружному і при пружному зіткненні куль.

13. Обробку результатів прямих вимірювань провести за схемою №1, непрямих за схемою № 4. Представити кінцеві результати, проаналізувати їх та зробити висновки.