Закон збереження імпульсу з Cobra DigiCart

На сортувальній станції вагони скочуються з гірки і вдаряються об нерухомі вагони. Після цього всі вагони повільно котяться далі разом: їхню швидкість можна обчислити за законом збереження імпульсу.

Так само законом збереження імпульсу пояснюють і обчислюють віддачу гармати під час пострілу.

Навчальна мета

Завдання

У цьому досліді учні знайомляться з фізичним поняттям збереження імпульсу й енергії. Вони можуть виконати як пружний, так і непружний удар.

1. Виконайте двома DigiCart пружний удар. Проаналізуйте зміну імпульсу й енергії системи до і після удару.
2. Виконайте двома DigiCart непружний удар. Проаналізуйте зміну імпульсу й енергії системи до і після удару.

Попередні знання

Для цього досліду потрібні попередні знання про імпульс і про другий закон Ньютона. Крім того, учні мають розуміти поняття замкненої системи.

Принцип

Імпульс

Збереження імпульсу

Види ударів, або ударні процеси

1. Пружний удар - енергія в тепло непереходить. Енергія стала.
2. Непружний удар -енергія переходить у тепло. Енергія не стала.

Без зовнішніх сил повний імпульс системи до і після удару сталий

, для тіла масою зі швидкістю

, другий закон Ньютона, сталий у кожен момент часу

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

Більярд

Що таке імпульс у фізиці?

У більярді кольорову кулю намагаються забити білою кулею. З погляду фізики це удар.

Але як усі ці величини пов'язані між собою?

У цьому досліді ти знайомишся з фізичним поняттям збереження імпульсу й енергії. Ти можеш виконати як пружний, так і непружний удар.

1. Виконай двома DigiCart пружний удар. Проаналізуй зміну імпульсу й енергії системи до і після удару.
2. Виконай двома DigiCart непружний удар. Проаналізуй зміну імпульсу й енергії системи до і після удару.

Загальний вигляд установки

• За допомогою рівня приведи напрямну в горизонтальне положення. Потім натягни на кінці напрямної гумку на призначених для цього чорних циліндрах.
• На кожен DigiCart поклади два додаткові тягарці по 50 грамів і закріпи їх пластиковими гвинтами. Потім зваж обидва візки й запиши масу.
• На кожен із двох DigiCart установи магнітний бампер і закріпи його гвинтами.

Загальний вигляд установки

• Постав обидва DigiCart на напрямну так, щоб бампери стояли один навпроти одного і північний полюс дивився на північний, а південний - на південний
  (візки мають відштовхуватися, коли зближуються).
• Запусти застосунок DigiCart.
• Вибери в переліку дослід 10. Відкриється вікно вимірювання.
• З'єднай обидва DigiCart із застосунком

З'єднання з DigiCart

• 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 мають з'явитися обидва DigiCart. Якщо ні - список можна оновити натисканням на Scan (2.).
• Тепер торкаються одного DigiCart у списку і кнопкою «З'єднати» (3.) встановлюють з'єднання.
• Так само роблять із другим DigiCart.
• Вікно тепер можна сховати кнопкою закриття (4.).

Кроки вимірювання

Пружний удар

• На рисунку показано кроки вимірювання.
• На індикаторі швидкості (1.) показано миттєву швидкість обох DigiCart.
• Впиши маси обох DigiCart у відповідні поля (2.).
• Постав один DigiCart посередині напрямної (візок 2). Другий DigiCart притискають до натягнутої гумки так, щоб вона напнулася, і утримують (візок 1).

Кроки вимірювання

Важливо: бампери й далі стоять один навпроти одного так, що північний полюс дивиться на північний, а південний - на південний.

• Почни вимірювання натисканням на «Почати вимірювання» (3.).
• Відпусти візок 1, щоб він рушив до візка 2.
• Вимірювання можна завершити натисканням на «Завершити вимірювання» (4.), щойно візок 2 дійде до кінця напрямної.

Кроки вимірювання

• Натисканням на «Вибрати ділянку вимірювання» (5.) вибери на графіку швидкість - час ділянку, на якій
  відбувається удар.
• Отже, ділянка має починатися незадовго до удару і закінчуватися невдовзі після нього (див. рисунок). Вибирають, провівши пальцем по проміжку.
• Збережи вимірювання натисканням на кнопку «Зберегти» (6.). Значення запишуться в ліву таблицю.
• Читай далі в розділі «Опрацювання результатів».

Кроки опрацювання результатів

• На рисунку показано кроки опрацювання результатів.
• Натисни кнопку «Обчислити» (7.), щоб заповнити таблицю значеннями.
• У таблиці показано швидкості і обох DigiCart до і після удару. Крім того, обчислюються їхні імпульси і до і після удару.
• Звідси дістаємо виділене червоним значення повного імпульсу системи обох візків до і після удару.

Кроки вимірювання

Непружний удар

• Заміни магнітні бампери обох візків на бампери з липучкою.
• На індикаторі швидкості (1.) показано миттєву швидкість обох DigiCart. Впиши маси обох DigiCart у відповідні поля (2.).
• Постав один DigiCart посередині напрямної (візок 2). Другий DigiCart притискають до натягнутої гумки так, щоб він утримувався (візок 1).

Кроки вимірювання

Важливо: бампери й далі стоять один навпроти одного. При зіткненні вони чіпляються один за одного липучкою.

• Почни вимірювання натисканням на «Почати вимірювання» (3.).
• Відпусти візок 1, щоб він рушив до візка 2.
• Вимірювання можна завершити натисканням на «Завершити вимірювання» (4.), щойно візок 2 дійде до кінця напрямної.

Кроки вимірювання

• Натисканням на «Вибрати ділянку вимірювання» (5.) вибери на графіку швидкість - час ділянку, на якій відбувається удар. Отже, ділянка має починатися незадовго до удару і закінчуватися невдовзі після нього (див. рисунок).
• Вибирають, провівши пальцем по проміжку.
• Збережи вимірювання натисканням на кнопку «Зберегти» (6.).
• Значення запишуться в ліву таблицю.

Кроки вимірювання

• Крім того, обчислюється кінетична енергія обох DigiCart до і після удару. Звідси дістаємо виділене червоним значення повної енергії системи обох візків до і після удару.
• Натиснувши на вкладку «x-t» над графіком (8.), можна перейти до графіка координата - час. Спробуй за цим графіком відтворити рух DigiCart.
• Повтори пружний і непружний удар також для різних мас DigiCart, інакше розподіливши додаткові тягарці на візках.

https://giphy.com/