Физика (стр. 12 )

3. Результаты измерений занесте в табл. 2

Таблица 2

№ п/п

4. Подберите массу противовеса m такую, что при увеличении угла брусок, движущийся вверх, прекращал движение и начинал двигаться вниз по наклонной плоскости.

5. При движении бруска вверх плавно увеличивайте угол . Когда , движение прекращается. В этом случае из выражения (9) следует:

. (12)

6. Продолжайте плавно увеличивать угол . Когда , брусок начинает двигаться вниз по наклонной плоскости. Из формулы (10) получаем:

. (13)

7. Соотношения (12), (13) позволяют определить коэффициент трения k. Вычислите k.

8. По данным табл. 2 постройте экспериментальный график зависимости .

9. Используя значения m, M, k, рассчитайте зависимость . Постройте график и сравните его с экспериментальным.

Контрольные вопросы и задания

1. Выведите формулы (9) и (10).

2. Объясните, почему в соотношениях (12), (13) знаки перед коэффициентом трения противоположны. Какая физическая причина различия знаков?

3. Объясните, почему с уменьшением ускорение бруска и противовеса увеличивается.

4. Объясните, почему сила трения скольжения направлена в сторону, противоположную скорости, но не в сторону, противоположную ускорению.

Работа № 5. Изучение законов столкновения тел при ударе

Цель: проверить выполнение законов сохранения импульса и энергии при ударе тел.

Оборудование: блок механический БМ2-03 (узел «Шары»); два сменных шара разной массы.

Описание узла «Шары». Узел «Шары» 2 крепится на среднюю перекладину 3 блока БМ2-03, установленную на вертикальных стойках 1 (рис. 1). Он состоит из следующих частей (рис. 2): 1 – основание; 2 – держатель нити; 3 – регулятор длины нити; 4 – электромагнит № 2; 5 – шар № 1; 6 – шар № 2; 7 – указатель отклонения шара № 1; 8 – указатель отклонения шара № 2; 9 – нить.

Рис. 1

Рис. 2

При столкновении тел между ними возникает сила взаимодействия, обусловленная их взаимной деформацией. В процессе деформации тел часть кинетической энергии переходит в тепловую и вызывает повышение температуры тел.

Выделяют два идеальных варианта столкновения – упругий и неупругий удары. В реальных условиях упругий удар невозможен и всегда часть кинетической энергии переходит во внутреннюю энергию соударяющихся тел.

Рассмотрим столкновение двух металлических шаров разной массы, подвешенных на нитях так, что их поверхности соприкасаются. Расстояния от точек подвеса до центров каждого из шаров одинаковы и равны L (рис. 3).

Рис. 3

Отклоним шарик меньшей массы на угол от положения равновесия и отпустим его. Скорость этого шарика в момент удара

. (1)

После соударения шары разлетаются в разные стороны со скоростями и . Сразу после удара выполняется соотношение

, (2)

где – импульс большего шара после удара; – импульс меньшего шара после удара; – импульс меньшего шара до удара.

Максимальные углы отклонения шаров от положения равновесия составят:

(3)

Значит, измеряя углы , можно рассчитать скорости шаров после удара и скорость первого шара до удара и проверить, выполняются ли законы сохранения импульса и механической энергии при ударе металлических шаров.

При неупругом ударе, измерив и угол отклонения соединившихся шаров и используя соотношения, аналогичные выражениям (3), можно проверить выполнение закона сохранения импульса при неупругом ударе, который будет иметь вид:

, (4)

где – скорость обоих после удара. При неупругом ударе часть механической энергии переходит в тепло. В нашем случае количество тепла, выделившегося при ударе, можно вычислить по формуле:

. (5)

При выполнении работы по исследованию упругого удара необходимо:

1) регулируя длины нитей, добиться, чтобы шарики после удара двигались по одной и той же дуге;

2) секундомер СЭ1 перевести в режим 1;

3) переключить тумблер 4 (см. рис. 1) на электромагнит 2;

4) отклонить шарик с меньшей массой на угол от вертикали и установить на электромагните; угол отклонения определять по указателю отклонения шара № 1;

5) указатель отклонения шара № 2 установить на нулевую отметку; магнитную ловушку шара № 2 отвести на большой угол (>50°);

6) нажать кнопку «Пуск» секундомера;

7) определить углы отклонения шаров после удара: для шара № 1 – «на глаз», для шара № 2 – по указателю;

8) операции 3–4. повторить пять раз; результаты занести в табл. 1.

Таблица 1

№

9) по данным табл. 1 рассчитать импульсы обоих шаров;

10) произвести необходимые вычисления и занести их в табл. 2; погрешности вычислить по пятикратным измерениям. Сделать вывод: подтверждается ли закон сохранения импульса?

Таблица 2

11) используя данные табл. 1, рассчитать кинетические энергии обоих шариков; результаты занести в табл. 3 ( – кинетические энергии первого шара до удара, первого шара после удара, второго шара после удара);