Лабораторная работа №7 Определение времени и силы соударения шаров при упругом ударе баллистическим методом

4.   

5.  Снова зарядить конденсатор как указано в пункте 2. Тумблер перевести в положение , тем самым замкнуть цепь электромагнита .(Питание обмотки электромагнита подается от выпрямителя). Затем подвести один из шаров, например, , к включенному электромагниту . Шар будет удерживаться электромагнитом на какой-то высоте (электромагнит можно перемещать), соответствующей углу.

6.  Тумблер поставить в положение «выкл.». Тумблеры и одновременно перевести в положение (минуя нейтральное положение), тем самым освободить шар и включить электромагнит . Шар , освободившись от электромагнита , ударит шар . В момент соударения шаров цепь конденсатора замыкается, и конденсатор частично разряжается через гальванометр . Количество электричества, которое протекает через гальванометр в момент соударения шаров, измеряется отклонением стрелки по шкале. Шар после удара придет в движение, достигнув электромагнита , удержится им. Электромагнит применятся для того, чтобы избежать повторных соударений шаров.

7.  Тумблер , а затем поставить внейтральные положения, тем самым отключить цепь конденсатора и электромагнитов от источника напряжения. По формулам вычислить время соударения шаров, скорость шара в момент соударения и среднюю силу соударения шаров. Измерения и в каждом опыте провести не менее трех раз и из них взять среднее.

8.  Провести несколько опытов при различных углах отклонения шара от положения равновесия. Результаты измерений и вычислений занести в таблицу.

№№ п/п	α1	n	n0	t	v	F
	α2	n	n0	t	v	F

ПРЕДУПРЕЖДЕНИЕ. При работе на шары подается напряжение 4 В. Прикасаться к шарам можно только при полностью разряженном конденсаторе, когда стрелка гальванометра находится на нуле.

Лабораторная работа №7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВРЕМЕНИ И СИЛЫ СОУДАРЕНИЯ ШАРОВ ПРИ УПРУГОМ УДАРЕ БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ

Введение

Ударом называется конечное изменение скорости за весьма малый промежуток времени. Если в результате удара (например, шаров), не происходит превращения механической энергии в другие виды энергии, то такой удар называется упругим. Скорости шаров после удара на основании законов сохранения вычисляются по формулам:

гдескорость и масса первого шара до удара;

скорость и масса второго шара до удара.

Если , то шары как бы обмениваются скоростями. Если шар был до удара неподвижен, то есть , то первый шар полностью передает свою скорость второму шару, т. е.

Средняя сила соударения этих двух шаров может быть вычислена по формуле

где масса шара;

скорость первого шара в момент перед соударением;

время соударения.

Силы, действующие непродолжительное время (порядка 10-6 секунды), называются мгновенными. Время их действия можно измерить при помощи конденсатора в соединении с баллистическим гальванометром.

Для определения времени соударения двух шаров воспользуемся установкой, схема которой изображена на рис. 16.

Два стальных шара и подвешены на гибких изолированных проводниках так, чтобы они в состоянии покоя висели, почти касаясь, друг друга (зазор между их поверхностями не должен превышать 3 – 4 мм). Шары можно отклонять друг от друга

на различные углы, которые измеряются по шкале А, и удерживать их в этом положении при мощи электромагнитов М1 и М2. Если один из шаров, например , отвести от положения равновесия на угол , а потом отпустить, то по закону сохранения энергии имеем

где скорость шара перед соударением;

высота, на которую поднят шар;

отсюда

Из треугольника ОВС (рис. 17)

Из формул (37) и (38) получаем:

где длина нити.

Если шары соединить последовательно с заряженным конденсатором (что достигается при их соударении), то конденсатор будет заряжаться через гальванометр . Время разрядки конденсатора будет тождественно времени соударения шаров.

Время разрядкиопределяется по формуле:

где сопротивления в цепи конденсатора, через которое идет разряд;

заряд конденсатора в момент времени

количество электричества, прошедшего через гальванометр за время удара шаров;

емкость конденсатора.

Сопротивление и емкость и указаны на установке.

Начальный заряд конденсатора в момент времени и количество электричества , протекающие за время удара, определяются баллистическим гальванометром, отклонение рамки которого пропорционально величине заряда, прошедшего через обмотку рамки прибора. Следовательно, отклонение стрелки гальванометра по шкале будет также пропорционально величинам зарядов:

где и - деления шкалы;

коэффициент пропорциональности.

Подставляя эти значения в выражение (40), получим:

Порядок выполнения работы

1.  Проверить соответствие собранной установки схеме, изображенной на рис. 16. Тумблеры и должны быть в нейтральном положении. Шары и перевести в лунки.

2.  Для зарядки конденсатора тумблер поставить в положение 1. Тумблером замыкают цепь, состоящую из источника постоянного напряжения (в данной работе подается напряжение 4 В от лабораторного источника питания ЛИП) и емкости .

3.  Перевести тумблер в положение 2. В результате этого произойдет полный разряд конденсатора через сопротивление и гальванометр . Измерить максимальное отклонение стрелки по шкале .