Імпульс із Cobra DigiCart

Гармата

Імпульс - одна з основних збережуваних величин у фізиці. Величину «імпульс» називають також «момент кількості руху» (momentum).

Наочне застосування закону збереження імпульсу можна побачити, наприклад, на вантажних станціях, де вагони скочуються з гірки, стикаються з іншими вагонами і котяться далі разом або поодинці з різними швидкостями.

Попередні знання

Цей дослід потребує знання другого закону Ньютона й основ інтегрування.

Принцип

Для тіла з масою і швидкістю імпульс означено як . Другий закон Ньютона стверджує, що зміна імпульсу з часом дорівнює зовнішній силі, що діє.

Навчальна мета

У цьому досліді учні знайомляться з фізичним поняттям імпульсу. Вони також застосовують другий закон Ньютона й бачать його в найзагальнішому вигляді.

Завдання

Дайте DigiCart із датчиком сили попереду вдаритися об натягнуту гумку і проаналізуйте зміну імпульсу.

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

Ісаак Ньютон

Закон Ньютона

Зміна імпульсу з часом дорівнює зовнішній силі, що діє:

З інтегрального числення для зміни імпульсу , накопиченої між моментами часу і , випливає:
.

Оскільки значення інтеграла дорівнює площі під кривою сили, ми маємо змогу обчислити через неї зміну імпульсу .

Діаграма «координата - час»

Вступ

У цьому досліді ти дізнаєшся дещо про фізичне поняття імпульсу. Ми також застосуємо другий закон Ньютона й побачимо його в найзагальнішому вигляді.

Завдання

Дай DigiCart із датчиком сили попереду зіткнутися з натягнутою гумкою і проаналізуй зміну імпульсу.

Складання досліду

• Зваж DigiCart на терезах. Стеж, щоб зважити разом із круглим датчиком сили.
• За допомогою рівня приведи напрямну в горизонтальне положення. Потім натягни на кінці напрямної гумку на
  призначених для цього чорних циліндрах.
• Постав DigiCart на напрямну так, щоб датчик сили був спрямований у бік гумки.

З'єднання з DigiCart

• Запусти застосунок DigiCart. Вибери в переліку дослід 9. Відкриється вікно вимірювання.
• З'єднай DigiCart із застосунком (див. рисунок 2). Для цього потрібні два кроки. Спершу треба натиснути й утримувати кнопку ON на DigiCart щонайменше 3 секунди. Потім у застосунку через значок Bluetooth (1.) відкривають вікно з'єднання. Там має з'явитися DigiCart. Якщо ні, список можна оновити натисканням Scan (2.). Тепер один раз торкаються DigiCart у списку і встановлюють з'єднання кнопкою «З'єднати» (3.). Вікно можна знову сховати кнопкою закриття (4.).

Порядок дій під час вимірювання

• На рисунку ліворуч показано кроки вимірювання.
• На індикаторі сили та швидкості (1.) показуються миттєва сила й миттєва швидкість.
• Силу, що діє на датчик, тепер обнуляють кнопкою «Калібрування» (2.).
• Внеси масу DigiCart у поле «Маса візка» (3.).
• Почни вимірювання натисканням «Почати вимірювання» (4.).

Порядок дій під час вимірювання

• Злегка штовхни DigiCart рукою, щоб він поїхав у бік гумки. Важливо, щоб рука відпустила DigiCart ще до удару.
• Запис вимірювань починається під час зіткнення автоматично і через 1 с автоматично завершується.
• Натисканням «Вибрати діапазон вимірювання» (5.) виберіть на діаграмі «сила - час» ділянку, на якій відбувається передавання імпульсу (де сила дає викид). Діапазон вимірювання має починатися приблизно за 100 мс до викиду і закінчуватися приблизно через 100 мс після нього. Вибирають, провівши пальцем по проміжку.

Порядок дій під час вимірювання

• Збережи вимірювання натисканням кнопки «Зберегти» (6.). Значення запишуться до лівої таблиці.
• Повтори це вимірювання щонайменше двічі. На DigiCart можна також установити один чи кілька додаткових тягарців. Не забудь тоді змінити масу візка у призначеному для цього полі (3.).
• Щоб видалити стовпець із таблиці, торкнись його і натисни кнопку «Видалити» (7.). Наступним
  вимірюванням стовпець можна заповнити новими значеннями.

• Таблиця на рисунку ліворуч показує виміряні швидкості до удару об гумку і після нього . За заданою масою з них визначають імпульс до удару і після нього . Зміна імпульсу дорівнює різниці . Крім того, зміну імпульсу визначають ще й із сили, що діє. Для цього обчислюють площу між віссю часу і кривою сили.

https://giphy.com/gifs