Лабораторная работа 1.9
Измерение скорости полета пули
баллистическим методом
Библиографический список
1. . Курс физики. – М.: Высшая школа, 1985.
2. . Курс общей физики. – М.: Наука, 1988. Т. 1.
Цель работы – изучение динамики вращательного движения.
Приборы и принадлежности: лабораторная установка «Измерение скорости полёта пули баллистическим методом», весы, линейка, секундомер.
Описание метода измерений
и экспериментальной установки
Баллистический метод измерений используется для определения импульса кратковременно действующих сил.
 |
В настоящей работе для измерения скорости пули используют маятник крутильных колебаний, представляющий собой тело, подвешенное на упругой нити, способное совершать крутильные колебания вокруг вертикальной оси (рис. 1).
По горизонтальному стержню маятника могут перемещаться два груза, при изменении положения которых относительно оси вращения меняется момент инерции маятника. Период колебаний такого маятника (при малых углах поворота)
,
где I – момент инерции маятника;
D – постоянная момента упругих сил, зависящая от параметров нити подвеса (модуль кручения проволоки).
Если T >> τ, где τ – продолжительность действия отклоняющей силы, то амплитуда первого отклонения маятника (так называемый баллистический отброс) пропорциональна импульсу силы.
Угол поворота маятника измеряется по шкале, нанесенной на защитном кожухе. Маятник приводится в движение при попадании в мишень «пули», выпущенной стреляющим устройством. Отсчет времени производится электронным секундомером.
Принимая систему маятник-пуля за изолированную и считая удар абсолютно неупругим, воспользуемся законом сохранения момента импульса
, (1)
где m – масса пули;
v – скорость пули;
l – расстояние от оси вращения маятника до места удара пули;
ω – угловая скорость маятника;
I – момент инерции маятника.
Поскольку момент инерции пули ml2 во много раз меньше,
чем I, то уравнение (1) можно записать в виде
(2)
Угловую скорость ω маятника можно найти на основании закона сохранения энергии (трением пренебрегаем):
, (3)
где φ0 – наибольший угол отклонения маятника (баллистическое отклонение).
Из уравнений (2) и (3) получаем
(4)
Таким образом, скорость полета пули можно найти по баллистическому отбросу маятника φ0, если известны модуль кручения D и момент инерции маятника I.
Момент инерции маятника складывается из момента
инерции I0 горизонтального стержня и момента инерции
I1 = m1R2 грузов:
I = I0 + 2m1R2, (5)
где R – расстояние от оси вращения до центра тяжести
грузов m1.
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Взвесить пулю на рычажных весах.
2. Убедившись, что маятник находится в состоянии покоя, произвести выстрел и по шкале замерить баллистический отброс φ0.
3. Линейкой измерить расстояние l и по формуле (4) с учетом (5) рассчитать скорость полета пули. (Значение баллистического отброса φ0 подставлять в формулу (4) в радианах).
4. Повторить указанное в пп. 1,2 три раза при различных расположениях груза m.
5. Рассчитать погрешности измерений для одного из опытов.
Значения модуля кручения проволоки D, масса грузов m1 и момента инерции горизонтального стержня I0 указаны в паспорте установки.
6. Окончательный результат записать в виде:
Таблица
№ п/п | R, м | l, м | φ0, рад | v, м/с |
1 | ||||
2 | ||||
3 |
Значение модуля кручения. .
Контрольные вопросы.
1. Пуля массой 10 г летит со скоростью 800 м/с, вращаясь вокруг продольной оси с частотой 3000 об/с. Принимая пулю за цилиндрик диаметром 8 мм, определить полную кинетическую энергию пули.
2. Какие законы физики используются при выводе расчётной формулы для скорости пули?
3. Можно ли использовать расчётную формулу для скорости пули, если удар пули о мишень не был абсолютно неупругим?
4. Как опытным путём можно измерить момент инерции маятника крутильных колебаний?
5. В чём сущность баллистического метода измерения?
Содержание
Лабораторная работа 1.1. Определение плотности
твёрдого тела методом непосредственного измерения
линейных размеров и взвешивания………………………………3
Лабораторная работа 1.2. Изучение маятника Максвелла…..10
Лабораторная работа 1.3. Определение скорости полёта
пули баллистическим методом…………………………………..13
Лабораторная работа 1.4. Изучение реального соударения
шаров. Определение необратимой потери кинетической
энергии при соударении шаров………………………………….19
Лабораторная работа 1.5. Экспериментальная проверка
второго закона динамики вращательного движения
(маятник Обербека)………………………………………………28
Лабораторная работа 1.6. Определение момента
инерции твёрдого тела……………………………………………32
Лабораторная работа 1.7. Исследование прямолинейного
движения тел в поле сил тяжести на приборе Атвуда………….37
Лабораторная работа 1.8. Определение момента
инерции тел методом сравнения………………………………....42
Лабораторная работа 1.9. Определение момента
инерции физического маятника………………………………….58
