Збереження імпульсу при центральному пружному багаторазовому ударі з роликовою напрямною і вимірювачем часу 4-4

Для цього досліду діють загальні правила безпечного експериментування на уроках природничих наук.

7.Три вимірювальні візки ставлять на напрямну.

• Лівий візок, найближчий 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 середнього візка (візок 2) вставляють вилку з гумкою - у бік візка 1, і пластину зі штекером - у напрямі руху.
• У боки правого візка (візок 3) вставляють вилку з гумкою - у бік візка 2, і голку зі штекером - у бік кінцевого тримача.
• В усі візки з того боку, де стоятимуть вилкоподібні світлові бар'єри, защіпають шторки для вимірювального візка (b = 100 мм).

1. На початку вимірювання маси візків визначають на вагах. Через різні насадні деталі маси візків можуть трохи різнитися. Але в цьому досліді всі три маси мають бути приблизно однакові, тож невеликі поправки варто зробити прорізними тягарцями по 1 г.

2.Для виконання вимірювач часу перемикають у режим роботи 1 «v(s)» ( ). У ньому визначають часи затемнення вилкоподібних світлових бар'єрів, за якими через довжину шторки обчислюють середню швидкість під час відповідного проїзду.

3. Перед кожним ударним дослідом треба натиснути кнопку «Reset», щоб скинути покази.

4.Візок 1 ставлять у пусковий пристрій, візки 2 і 3 - на невеликій відстані один від одного між обома світловими бар'єрами. Треба простежити, щоб на момент дотику до візка 2 візок 1 уже повністю проїхав світловий бар'єр 1. Крім того, обидва удари мають цілком завершитися ще до того, як шторка візка 3 дійде до світлового бар'єра 2.

5.Спрацюванням пускового пристрою візок 1 розганяють у бік візка 2.

Він дістає початкову швидкість і вдаряє візок 2, який далі рухається зі швидкістю .

Той своєю чергою вдаряє візок 3, який зрештою проходить крізь задній світловий бар'єр зі швидкістю .

Величину з одним штрихом виміряно після першого удару, з двома штрихами - після другого.

6. За обома часами затемнення і та довжиною шторки = 100 мм визначають швидкості до і після ударів.

7.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.

Спостереження

Якщо маси трьох візків майже однакові, щоразу рухається лише один візок.

Візок 1 зі швидкістю стикається з нерухомим візком 2 і спиняється.

Візок 2 зі швидкістю тоді стикається з нерухомим візком 3 і теж спиняється.

А візок 3 їде до кінцевого тримача зі швидкістю , яка приблизно дорівнює початковій швидкості візка 1.

Приклад вимірювання з

Приклад вимірювання з

1.За швидкостями візка 1 до зіткнень і візка 3 після зіткнень визначають відповідні імпульси і . Крім того, треба навести відносну різницю імпульсів до і після зіткнень.

2. Як і для пружних зіткнень двох мас, закон збереження імпульсу справджується й для пружних багаторазових зіткнень трьох мас , і - до і після кожного зіткнення:

(1)

3.За швидкостями і визначають відповідні кінетичні енергії і . Крім того, треба навести відносну різницю кінетичних енергій до і після зіткнень.

4.При пружних зіткненнях зберігається не лише повний імпульс p, а й кінетична енергія всієї системи. Кінетична енергія Ekin до зіткнення дорівнює кінетичним енергіям і після відповідних зіткнень.

Звідси закон збереження енергії:

. (2)

5. Умови цього досліду спрощено. Оскільки всі маси однакові і щоразу два візки нерухомі , і , із загальних формул (1) і (2) дістаємо такі окремі випадки

(3) і

. (4)

6. Правильність закону збереження імпульсу в рівнянні (3) підтверджують знайдені в цьому досліді імпульси до і після зіткнень (див. також приклад вимірювання в таблиці 1).

У межах точності вимірювання повний імпульс зменшується лише трохи, приблизно на 4 %, - це наслідок тертя.

7.Зіткнення в цьому досліді ніколи не бувають цілком пружними, тому при кожному з них кінетична енергія трохи зменшується.

Проте вимірювання показують, що після двох зіткнень кінетична енергія, згідно з рівнянням (4), зберігається майже повністю (у прикладі вимірювання вона зменшується приблизно на 7 %).

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.