Загальна інформація
Застосування
Схема досліду
Якщо в замкненій системі два тіла вдаряються непружно, повний імпульс p системи зберігається. Обидва тіла рухаються далі разом з імпульсом, що дорівнює сумі їхніх окремих імпульсів до удару.
А от кінетична енергія всієї системи зменшується, бо при непружному ударі частина кінетичної енергії переходить в енергію деформації.
Інша інформація (1/2)
Попередні знання
Основне поняття непружного удару і класичну механіку на уроках уже мали розглянути.
Принцип
Коли два візки вдаряються непружно, вони рухаються далі разом, в один бік і з однаковою швидкістю. Імпульс цього руху дорівнює сумі окремих імпульсів до удару:
Інша інформація (2/2)
Навчальна мета
Після непружного удару кінетична енергія зменшується - через деформацію пластиліну між обома візками.
Проте енергія всієї системи зберігається, якщо врахувати енергію деформації :
.
Завдання
Визначення імпульсів до і після непружного удару двох візків, що рухаються назустріч один одному.
Визначення кінетичних енергій до і після непружного удару двох візків, що рухаються назустріч один одному.
Правила безпеки
Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.
Обладнання
Складання та виконання
Складання (1/4)
1.Напрямну трьома регулювальними гвинтами на ніжках вирівнюють якомога точніше горизонтально.
2. На лівому кінці напрямної закріплюють пусковий пристрій.
Зверніть увагу: щоб візок стартував із початковим імпульсом, пусковий пристрій треба встановити так, аби штовхач передавав візку поштовх.
Пусковий пристрій для поштовху
Складання (2/4)
Кінцевий тримач із пластиліном
3.У кінцевий тримач на правому кінці напрямної вставляють трубку, наповнену пластиліном, щоб зупиняти візок без різкого удару.
4.Обидва вилкоподібні світлові бар'єри кріплять на напрямній за допомогою тримачів приблизно на позначках 40 см і 100 см. Бар'єр, ближчий до пускового пристрою, називаємо світловим бар'єром 1, другий - світловим бар'єром 2.
Складання (3/4)
Під'єднання світлових бар'єрів
5. Світловий бар'єр 1 з'єднують із гніздами поля «1», світловий бар'єр 2 - із гніздами поля «3» вимірювача часу. При цьому жовті гнізда світлових бар'єрів з'єднують із жовтими гніздами приладу, червоні - з червоними, а сині гнізда світлових бар'єрів - із білими гніздами вимірювача часу.
6. Обидва повзункові перемикачі на вимірювачі часу для вибору фронту запуску переводять у праве положення «спадний фронт» ( ).
Складання (4/4)
7.Обидва вимірювальні візки ставлять на напрямну.
- Лівий візок, ближчий до пускового пристрою (далі - візок 1 зі швидкістю ), споряджають утримувальним магнітом зі штекером із боку пускового пристрою і пластиною зі штекером у напрямі руху.
- У боки правого візка (візок 2 зі швидкістю ) вставляють трубку, наповнену пластиліном, - у бік візка 1, і голку зі штекером - у бік кінцевого тримача.
- В обидва візки з того боку, де стоятимуть вилкоподібні світлові бар'єри, защіпають шторки для вимірювального візка (b = 100 мм).
Виконання (1/4)
1. Для всіх вимірювань вимірювач часу перемикають у режим роботи 6 «Удар» ( ). При цьому активні лише керувальні входи 1 і 3.
На кожному світловому бар'єрі вимірюють до двох часів затемнення.
Часи перекриття на світловому бар'єрі 1 виводяться на двох перших індикаторах, часи зі світлового бар'єра 2 - на двох останніх.
Перше перекриття світлового бар'єра щоразу виводиться на лівому індикаторі, друге - на правому.
2.На початку вимірювання щоразу визначають маси візків на вагах.
Для невеликих поправок (особливо коли маси мають бути однакові) зручні прорізні тягарці по 1 г.
Виконання (2/4)
3.Перед кожним ударним дослідом треба натиснути кнопку «Reset», щоб скинути покази.
4.Вимірювальні візки ставлять із протилежних боків, поза світловими бар'єрами. Візок 1 розганяють пусковим пристроєм, візок 2 легенько штовхають рукою. Після непружного удару обидва візки рухаються далі разом в один бік. Щоб вони через замалий повний імпульс не спинилися між світловими бар'єрами, треба подбати, аби один візок дістав помітно більший початковий імпульс. Оскільки удар неодмінно має відбутися між світловими бар'єрами, візки, можливо, доведеться запускати з невеликим зсувом у часі.
5. Щоб розрізняти дані вимірювань для візків, часи затемнення до удару позначають і , а після удару - ' і '.
Ті самі позначення вживають для обчислених за ними швидкостей та імпульсів.
Виконання (3/4)
5.Після удару світловий бар'єр, що стоїть у напрямі руху, перекривають обидва візки.
Він записує лише час затемнення шторкою переднього візка, бо час одного з візків уже виміряли до удару.
Але оскільки обидва візки рухаються з однаковою швидкістю, цей час затемнення чинний для обох.
6. За всіма часами затемнення і довжиною шторки b = 100 мм щоразу визначають швидкості .
Оскільки швидкості - векторні величини, треба зважати на знаки. Усі швидкості, напрямлені проти , мають протилежний до знак.
Виконання (4/4)
7. Щоб розрізняти дані вимірювань для візків, часи затемнення до удару позначають і , а після удару - '.
Ті самі позначення вживають для обчислених за ними швидкостей та імпульсів.
8.Час слід виміряти до п'яти разів поспіль і усереднити.
Після цього вимірювання повторюють як для різних мас візків, так і для різних співвідношень мас.
Опрацювання результатів (1/6)
Спостереження
Обидва візки стикаються і рухаються далі разом, з однаковою швидкістю й в один бік.
Опрацювання результатів (2/6)
Приклад вимірювання для непружного удару
Опрацювання результатів (3/6)
Приклад вимірювання для непружного удару
Опрацювання результатів (4/6)
Приклад вимірювання для непружного удару
Опрацювання результатів (5/6)
1.Для кожного вимірювання за масами візків і швидкостями обчислюють імпульси і до удару та після удару.
Оскільки після непружного удару візки лишаються разом, їх можна розглядати як один візок більшої маси. Порівняння повних імпульсів (див. приклад вимірювання) показує, що в межах точності вимірювання справджується закон збереження імпульсу:
.
2. Обчислюють кінетичні енергії і обох візків до удару та енергію Ekin' спільного руху після удару. Порівняння з показує, що енергія руху після удару помітно зменшилася (див. також приклад вимірювання). Здається, ніби закон збереження енергії не виконується:
.
Опрацювання результатів (6/6)
3. Проте в замкненій системі енергія має зберігатися й не може зникнути.
Річ у тім, що при ударі енергія витрачається на деформацію пластиліну.
Ця енергія деформації і зменшує кінетичну енергію.
Отже, закон збереження енергії має такий вигляд:
Тож поглинена енергія деформації дорівнює різниці між початковою кінетичною енергією і тією, що лишилася після удару.
Зауваження
1. Щоб розігнати візок 1 пусковим пристроєм, штовхач втискають доти, доки він не зафіксується. Пусковий пристрій має три різні щаблі фіксації, тож треба стежити, щоб у кожному досліді використовували той самий, - інакше при спрацюванні передаватиметься неоднакова сила.
2. Перед кожним вимірюванням варто перевіряти, чи правильно сидять обидві шторки на візках: від різкого гальмування вони можуть зсуватися.
3. Пластилін час від часу треба переминати, щоб удар візка щоразу пом'якшувався якнайкраще.
4. Візки рухаються не зовсім без тертя - залишкове тертя є, і повний імпульс дещо зменшується. Через це є й втрата енергії, тож різниця кінетичних енергій до і після удару не дорівнює точно енергії деформації пластиліну.