Изучение законов сохранения импульса и энергии при упругом столкновении по стробоскопическим снимкам

Изучение законов сохранения импульса и энергии при упругом столкновении по стробоскопическим снимкам.

Повторите: «Физика-10», § 50, 55, 59.

Фотографии движущихся тел, полученные при прерывистом освещении, дают содержатель­ную информацию об их движе­нии. К этому руководству при­ложены копии двух таких фо­тографий (рис. 1 и 2). На них за­фиксированы положения двух упругих стальных шаров одина­ковой массы при их движении перед столкновением и после столкновения.

Во время опыта шар  1 дви­гался горизонтально  и  натолк­нулся на неподвижный шар  2. После удара первый шар  изме­нил модуль и направление ско­рости, а второй пришел  в дви­жение.  (Шар  2  фотографировался несколько раз,  находясь в  неподвижном  положении, поэтому его изображение в этом положении на фотоснимке темнее остальных.)

Масса каждого шара 0,1 кг, промежуток времени между двумя вспышками при  фотографи­ровании 0,1 с (1  см  на  фото­графии  соответствует  5  см  в натуре).

Задача в этой работе состоит в том, чтобы проверить выполнение закона сохранения энер­гии и импульса при косом столкновении упругих шаров.

Измерив расстояния, проходимые шарами за 2—3 промежутка времени между вспышками, и разделив его на время, определяют скорости шаров. Зная массу шара и его скорость, вычисляют по формулам импульс и кинетическую энергию отдельно для каждого шара до и после столкновения. Затем для каждого из этих моментов находят суммарные значения импульса и кинетической энергии для обоих шаров, сравнивают соответствующие величины и делают вывод.

Выполнение  работы

Оборудование: 1) фотографии столкновения шаров — 2 шт.; 2) Ли­нейка измерительная 30—35 см с миллиметровыми делениями; 3) угольник уче­нический; 4) карандаш мягкий, остро очинённый; 5) резинка; 6) калька.

Задание 1.  Проверка закона сохранения  импульса.

Подготовьте в тетради две таблицы для записи результатов измерений и вычислений.

Шары	Перед ударом	После удара
1-й	S1/t  х1=	u1 = S'1/t u 1=
2-й	х2= 0	u2 = S'2/t u 2=

Шары	Перед ударом	После удара
1-й	р1 = mх1,  р1 =	р'1 = mu1,  р'1 =
2-й	р2 = 0	р'2 = mu2,  р'2 =
Суммарный импульс	р =р1 + р2;  р = р1 =	р' =р'1 + р'2;  р '=

2.        Наложите на фотографию лист кальки и отметьте карандашом положения центров шаров через равные промежутки времени (один из учащихся выполняет работу с рисунком 1, а  другой — с рисунком 2).

3.        Снимите кальку.  Через нанесенные точки  проведите прямые линии до их пересечения. Это траектории движения шаров.

4. По сделанному чертежу измерьте расстояния, которые проходили шары за два промежутка времени между вспышками, вы­числите скорости каждого шара до и после столкновения. Результа­ты запишите в таблицу 1.

5. Зная массы шаров и их скорости, вычислите соответствую­щие импульсы и запишите их в таблицу 2.

6. Для  определения  суммарного  импульса  после  удара  постройте на вычерченных траекториях в произвольно выбранном масштабе  векторы  соответствующих  импульсов  и  произведите векторное сложение (векторной суммой будет служить диагональ
параллелограмма, построенного на найденных векторах).

7. Сравните суммарный импульс до и после удара. Результаты занесите в таблицу 2.

Задание 2.  Проверка закона сохранения энергии.

1. Подготовьте в тетради таблицу для записи результатов из­мерений и вычислений.

Шары	Перед ударом	После удара
1-й	; Ek1 =	;  E'k1 =
2-й	Ek2 = 0	;  E'k2 =
Суммарная энергия	Ek = Ek1 + Ek2 ; Ek =Ek 1 =	E'k  = E'k1  +E'k2 ;  E'k =

2. Вычислите  значения  кинетической  энергии  шаров  до  и после удара.  Затем найдите суммарную кинетическую энергию шаров и полученные значения энергии занесите в таблицу.

3. Сравните  полученные  значении  энергии  между  собой  и сделайте вывод.

Контрольные вопросы

Как доказать, пользуясь данными последней таблицы, что при равных массах шаров угол между векторами импульсов (или скоростей) всегда будет прямым? При каких условиях суммарная кинетическая  энергия  шаров до и после удара была бы неодинаковой?