Лабораторна робота.
Дослідження закону збереження імпульсу.
Мета: підтвердити закон збереження імпульсу на практиці.
Програма завдання :
1. Імпульсом називається:
А) добуток маси на квадрат швидкості;
Б) відношення маси до швидкості;
В) добуток маси на швидкість;
Г) відношення сили до проміжку часу.
2. Одиницею імпульсу є:
А) ;
Б) ;
В) ;
Г) ;
Д) .
3. Напрям імпульсу тіла:
А) протилежний швидкості тіла;
Б) співнаправлений зі швидкістю тіла;
В) перпендикулярний швидкості тіла;
Г) не залежить від швидкості тіла;
4. Закон збереження імпульсу формулюється:
А) Сума імпульсів тіл, що утворюють замкнену систему, зберігається сталою під час будь-яких взаємодій тіл цієї системи між собою або даної системи з іншими системами;
Б) Геометрична сума імпульсів тіл, що утворюють замкнену систему, зберігається сталою під час будь яких взаємодій тіл цієї системи;
В) Геометрична сума імпульсів тіла, що утворюють замкнену систему сил, зберігається переважно сталою під час механічних взаємодій тіл цієї системи між собою;
Г) Сума геометричних імпульсів тіл двох систем, що утворюють замкнену систему тіл, зберігається сталою на протязі всього часу взаємодії цих тіл між собою.
5. Для визначення швидкості кульок до зіткнення і після нього користуються:
А) Першим законом Ньютона.
Б) Третім законом Ньютона.
В) Законом збереження кінетичної енергії.
Г) Законом збереження механічної енергії.
6. За якою формулою можна обрахувати швидкість тіла до чи після зіткнення:
А) .
Б) .
В) .
Г) .
Теоретичні відомості.
Згідно визначення , згідно третього закону Ньютона при взаємодії тіл ; звідси ; тут ми розглядаємо випадок, коли швидкості тіл при взаємодії направлені вздовж однієї лінії; остаточно
або Р1 +Р2 = Р1 + Р2
тут Р1 і Р2 – імпульси першого і другого тіл до взаємодії, а Р1 і Р2 – після взаємодії.
Перший метод виконання роботи.
Обладнання: штатив з муфтою, дві сталеві кульки, одна з яких має більшу масу, дві нитки, вимірювальна лінійка.
Експериментальна задача.
На довгих підвісах висять дві сталеві кульки, маси яких m1 і m2 відповідно (m1>m2). Кульку з масою m1 відводять в сторону, фіксують відстань на лінійці s0, і відпускають її , після удару на лінійці відмічають максимальні відхилення першої та другої кульок - та . Розрахувати швидкості кульок до і після зіткнення. Перевірити дію закону збереження імпульсів.
Теоретичні відомості.
В лабораторній роботі використовується установка, яка подана на мал. 1.
мал. 1
Центри ваг обох кульок лежать на одному рівні. Для визначення швидкостей першої кульки до зіткнення v1 і швидкості кульок u1 i u2 після зіткнення необхідно скористатися законом збереження механічної енергії. Потенціальна енергія кульки в положенні максимального відхилення дорівнює його кінетичній енергії при ударі.
, звідки
трикутник ABC – прямокутний
(кут ABC опирається на діаметр).
мал. 2(а) мал. 2(б)
Катет AB є середньою пропорціональною величиною між гіпотенузою AC=2l і своєю проекцією на гіпотенузу AD
AB2 = AC AD, тобто
, звідки
; ; ;
При малих кутах величину відхилень можна замінити їх горизонтальними складовими.
Послідовність виконання роботи.
1. Намалюйте в зошиті таблицю для запису результатів вимірювань і обчислень.
2. Визначте маси кульок m1 i m2 і виміряйте довжину їх підвісу.
3. Відхилить кульку з більшою масою від положення рівноваги на 5-7 см і відпустіть її. Зафіксуйте максимальне відхилення кульок s1 i s2 після зіткнення.
| № | m1 | m2 | l | S0 | S1 | S2 | v1 | u1 | u2 | mv1 | mu1 | mu2 |
| 1 | ||||||||||||
| 2 | ||||||||||||
| 3 | ||||||||||||
| Сер |
4. Повторіть дослід 3 рази і знайдіть середні значення відхилень s1 i s2.
5. Використовуючи середні значення відхилень s0, s1, s2 обрахуйте швидкості кульок v1, u1, u2 і їх імпульси.
6. Результати вимірювань і обрахувань внесіть до таблиці.
7. Порівняйте імпульс кульки з більшою масою до удару з сумою імпульсів двох кульок після зіткнення і зробіть висновок про виконання закону збереження імпульсу.
Другий метод виконання роботи.
Обладнання: дві металеві кульки з крючками, дві пластикові кульки, дві дерев’яні планки, штатив з лапкою і муфтою, нитки, невеликі цвях.
Теоретичні відомості:
В лабораторній роботі використовується установка, яка подана на малюнку 3.
мал.3
У бічні грані дерев’яних планок, ширина яких дорівнює діаметру кульок, забиті два цвяхи, до яких прикріплені біфілярні підвіси кульок. Підвішені кульки дотикаються одна одної.
Згідно формули виведеної у першому методі , отже у першому досліді . В нашому випадку , ; згідно закону збереження імпульсу ; , , , звідси . Отож .
У другому досліді , то , отже - кульки розходяться в протилежні боки на одну і ту ж саму відстань .
У третьому досліді і так як удар абсолютно непружній, то , звідси , .
У четвертому досліді і так як удар абсолютно непружній , звідси .
Послідовність виконання роботи:
1. Визначте масу і виміряйте довжину їх підвісу, стальних кульок.
2. Відхиліть одну з кульок на відстань і відпустіть її. Зафіксуйте відстані і на які відхилилися кульки. Зробіть висновок про виконання закону збереження.
3. Відхиліть кульки на відстань і відпустіть їх. Зафіксуйте відстані і на які відхилилися кульки. Зробіть висновки.
4. Замініть кульки стальні на пластилінові однакової маси. Повторіть пункти 2, 3. Зробіть висновки про виконання закону збереження імпульсу.