Учебно-методический комплекс учебной дисциплины ОДП. 03 Физика (стр. 22 )

Рис. Абсолютно упругий центральный удар шаров

В общем случае массы m1 и m2 соударяющихся шаров могут быть неодинаковыми. По закону сохранения механической энергии 

Здесь υ1 – скорость первого шара до столкновения, скорость второго шара υ2 = 0, u1 и u2 – скорости шаров после столкновения. Закон сохранения импульса для проекций скоростей на координатную ось, направленную по скорости движения первого шара до удара, записывается в виде: 

m1υ1 = m1u1 + m2u2.

Мы получили систему из двух уравнений. Эту систему можно решить и найти неизвестные скорости u1 и u2 шаров после столкновения: 

Вопросы для повторения:

1. Укажите, какое взаимодействие называется ударом.

2. Какой удар называется абсолютно упругим, абсолютно неупругим? Какие законы выполняются при этих ударах?

Порядок выполнения работы.

1. Пронаблюдайте случаи упругого и неупругого взаимодействия тел.

2. Зарисуйте их в тетрадь (до взаимодействия, взаимодействие, после взаимодействия).

3. Под каждым зарисованным случаем подпишите вид взаимодействия (упругое или неупругое).

4. Запишите для каждого случая, как будет выглядеть закон сохранения импульса.

5. Выясните, при каком взаимодействии будет выполняться закон сохранения механической энергии.

6. В выводе укажите характерные закономерности упругого и неупругого ударов.

Литература:

1. Фирсов для профессий м специальностей технического и естественно - научного профилей: учебник: Рекомендовано ФГУ «ФИРО»/ Под редакцией – М.: «Академия», 2011 – 432с.

2. Янчевская в таблицах и схемах/ . - СПб.: Издательский Дом «Литера», 2008. – 96 с.

3. , Лазаренко по физике. ч.1. :Мозырь Белый ветер, 2006. - 136 с.

Лабораторная работа № 4

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА И РЕАКТИВНОГО ДВИЖЕНИЯ

Оборудование: штатив для фронтальных работ; лоток дугообразный; шары диаметром 25 мм —3 шт.; линейка измерительная длиной 30 см с миллимет­ровыми делениями; листы белой и копировальной бумаги; весы учебные; гири.

Цель: проверка выполнения закона сохранения импульса при пря­мом центральном соударении шаров и наблюдение реактивного движения.

Теоретическая часть работы.

По закону сохранения импульса при любых взаимодействиях тел векторная сумма импульсов до взаимодействия равна вектор­ной сумме импульсов тел после взаимодействия. В справедливос­ти этого закона можно убедиться на опыте, изучая столкновения шаров на установке, изображенной на рисунке 1. Для сообщения шару определенного импульса в горизонтальном направлении ис­пользуют наклонный лоток с горизонтальным участком. Шар, ска­тившись с лотка, движется по параболе до удара о поверхность стола. Проекции скорости шара и его импульса на горизонталь­ную ось во время свободного падения не изменяются, так как нет сил, действующих на шар в горизонтальном направлении. Оп­ределив импульс одного шара, проводят опыт с двумя шарами, поставив на краю лотка второй шар, и запускают первый шар так же, как и в первом опыте. После соударения оба шара слетают с лотка. По закону сохранения импульса сумма импульсов пер­вого р1 и второго р2 шаров до столкновения должна быть равна сумме импульсов р1 и р2 этих ша­ров после столкновения:

→ → → →

p1'+p2'=p1+p2 (1)

Если при столкновении шаров произошел прямой центральный удар[1] и оба шара после столкно­вения движутся вдоль одной пря­мой и в том же направлении, в каком двигался первый шар до столкновения, то от векторной формы записи закона сохранения импульса можно перейти к алгебраической форме:

p1'+p2'=p1+p2 или. (2)

Так как скорость второго шара до столкновения была равна нулю, то выражение (2) упрощается: m1v1=m1vꞌ1+m2vꞌ2 (3)

Для проверки выполнения равенства (3) необходимо измерить массы т1 и т2 шаров и вычислить скорости v1, vꞌ1,vꞌ2. Во время движения шара по параболе проекция скорости на горизонталь­ную ось не изменяется; ее можно найти по дальности полета шара в горизонтальном направлении и времени t его свободного падения

, v = = l

Рис. 1

Вопросы для повторения:

1.  Тело движется равномерно по окружности. Изменяется ли его импульс?

2.  От чего зависят изменения импульса тела?

3.  Автомобиль при торможении движется замедленно. Куда направлен вектор изменения его импульса?

4.  Усилий нескольких человек достаточно, чтобы сдвинуть с места автобус. Почему этот же автобус остается на месте при попадании противотанкового снаряда, пробивающего его навылет?

5.  Могут ли внутренние силы изменить импульс системы тел? импульсы тел системы?

6.  Может ли человек, стоящий на идеально гладкой ледяной поверхности, сдвинуться с места, не упираясь острыми предметами в лед?

7.  Можно ли двигать парусную лодку, направляя на паруса поток воздуха из мощного вентилятора, находящегося на лодке? Что случится, если поток воздуха направлен мимо паруса?

8.  Могут ли осколки взорвавшейся гранаты лететь в одном направлении, если до взрыва граната покоилась?

9.  Каким образом можно изменять движение космического корабля после выведения его на орбиту?

Порядок выполнения работы

1.  Измерьте массы шаров т1 и т2 с помощью весов.

2.  Укрепите лоток в лапке штатива так, чтобы горизонтальная часть лотка находилась на высоте 20 см от поверхности стола (см. рис. 1). На столе перед основанием штатива положите листы белой бумаги, на них — листы копировальной бумаги.

3. Возьмите шар с большей массой, установите его у верхнего края наклонной части лотка. Отпустите шар и по отметке на листе белой бумаги определите его дальность полета в горизонтальном направлении. Опыт повторите 3 раза и найдите среднее значение дальности полета l1.

4.  Зная высоту края лотка h над столом, вычислите время па­дения шара, затем проекции его скорости и импульса на горизонтальное направление.

5.  Установите на краю го­ризонтальной части лотка второй шар и запустите первый шар с верхнего края наклонной части лотка, как и в первом опыте. По отметкам на бумаге найдите дальности полета шаров в горизонтальном направлении после их столкновения. Опыт повторите 3 раза и найдите средние значения дальности полета lꞌ1 первого шара и дальности полета второго шараlꞌ2 (рис. 2).

6.  По найденным значениям дальностей полетов и опреде­лите скорости vꞌ1 и vꞌ2 шаров после столкновения и их импульсы pꞌ1 и pꞌ2 . Сравните импульс первого шара до столкновения с сум­мой импульсов двух шаров после столкновения pꞌ1+pꞌ2. Сделайте вывод.

Рис.2

6.  Результаты расчетов и измерений занесите в отчетную таблицу.

№ опыта

m1, кг

т2, кг

h, м

l1, м

v1, м/с

p1, кг∙ м/с

lꞌ1, м

lꞌ2, м

vꞌ2, м/с

vꞌ1, м/с

pꞌ1, кг∙ м/с

pꞌ2, кг∙м/с

1. 2. 3

7. Надуйте воздушный шарик и отпустите его. Пронаблюдайте реактивное движение. Зарисуйте в тетради и поясните.

8. Сформулируйте вывод.

Литература:

1. Фирсов для профессий м специальностей технического и естественно - научного профилей: учебник: Рекомендовано ФГУ «ФИРО»/ Под редакцией – М.: «Академия», 2011 – 432с.