Изучение упругого и неупругого ударов шаров

Тип работы:
Контрольная
Предмет:
Физика


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Министерство образования РФ

Рязанская государственная радиотехническая академия

Кафедра ОиЭФ

Контрольная работа

«ИЗУЧЕНИЕ УПРУГОГО И НЕУПРУГОГО УДАРОВ ШАРОВ»

Выполнил ст. гр. 255

Ампилогов Н. В.

Проверил

Малютин А. Е

Рязань 2002 г.

Цель работы: изучение законов сохранения импульса и механической энергии на примере ударного взаимодействия двух шаров; определение средней силы удара, коэффициента восстановления скорости и энергии деформации шаров.

Приборы и принадлежности: установка для изучения упругого и неупругого ударов шаров ФПМ-08.

Элементы теории

Удар (соударение) — это столкновение двух или нескольких тел, при котором взаимодействие длиться очень короткое время. При этом часть энергии данных тел полностью или частично переходит в потенциальную энергию упругой деформации или во внутреннюю энергию тел.

В качестве меры механического взаимодействия тел при ударе вместо ударной силы служит её импульс за время удара.

где < > - средняя сила удара; t — время ударного взаимодействия.

Если импульс изменяется на конечную величину (m) за время t, то из второго закона динамики следует, что

Тогда < F> можно выразить так

где m1 и m2 — массы взаимодействующих тел; V1 и V2 изменение скоростей данных тел при ударе.

Абсолютно упругий удар — это удар при котором механическая энергия тел не переходит в другие механические виды энергии, и кинетическая энергия переходит полностью в потенциальную энергию упругой деформации (затем обратно).

Абсолютно неупругий удар — это удар при котором потенциальной энергии не возникает, кинетическая энергия полностью или частично переходит во внутреннюю энергию. Суммарный импульс данной системы сохраняется, а большая часть кинетической энергии переходит в тепло.

Линяя удара — это линия перпендикулярная поверхностям соударения обоих тел и проходящая через точку касания данных тел при ударе.

Прямой удар — есть удар, при котором вектора скоростей движения центров масс данных тел параллельны линии удара (перед непосредственным взаимодействием).

Центральный удар — это прямой удар, при котором центры масс соударяющихся тел лежат на линии удара.

Косой удар — это удар не являющийся прямым.

В данном случае будем считать, что система шаров на экспериментальной установке является изолированной. Тогда на основании законов сохранения импульса и энергии будет справедлива следующая формула

,

где m1 и m2 — массы шаров;, и , — их скорости до и после взаимодействия.

Из (4) и (5) выражаем скорости шаров после столкновения и

7)

В данном случае рассматривался — абсолютно упругий удар. Но в действительности кинетическая энергия тел после соударения становиться меньше их первоначальной энергии на величину, которую можно найти так:

8) ,

где Kс — коэффициент восстановления скорости. Эта часть кинетической энергии тел при ударе преобразуется в их внутреннюю энергию.

Коэффициент восстановления скорости можно найти по следующей формуле:

9)

Если при соударении потеря кинетической энергии отсутствует (Kс = 1), то удар называется абсолютно упругим, а при Kс = 0 абсолютно неупругим. Если же 0 < Kс < 1, то удар является не вполне упругим.

Применительно к соударяющимся шарам, один из которых покоится, формулу (4) можно записать так:

10), а для абсолютно неупругого удара.

Скорости шаров до и после удара можно определить по формулам:

11); 12); 13)

где l — расстояние от точки подвеса до центра тяжести шаров (l = 470 10 мм.), 0 — угол бросания правого шара, 1 и 2 — углы отскока соответствующих шаров.

Расчётная часть

ti10-6

ti10-6

(ti10-6)2

1i

1i

2i

2i

1

76

-14

196

2

-0,5

0,25

12

-0,2

0,04

2

103

13

169

2

-0,5

0,25

13

0,8

0,64

3

96

6

36

3

0,5

0,25

11

-1,2

1,44

4

93

3

9

2,5

0

0

13

0,8

0,64

5

82

-8

64

3

0,5

0,25

12

-0,2

0,04

90

2,5

12,2

После работы с установкой имеем значение следующих величин: (угол бросания правого шара) 0 = 15; (массы правого и левого шаров соответственно) m1 = 112,2 10-3 кг, m2 = 112,1 10-3 кг; (длина бифилярных подвесов обоих шаров) l = 470 10-3 м; (погрешность значения длин бифилярных подвесов) l = 0,01 м; (цена деления микросекундометра) ct = 10-6; (цена деления градусных шкал) c = 0,25.

При известном среднем арифметическом значении времени найдём погрешность измерения данной величины:

с.

с.

При известных значениях и найдём погрешность их измерения (в радианах, при = 3,14):

рад.

рад.

рад.

рад.

при сл 0; рад.

при сл 0; 0 = с;;

рад.

Теперь найдём скорости данных шаров до соударения (V1, V2) и их скорости после взаимодействия (U1, U2). При этом (скорость левого шара) V2 = 0 т. к. он покоиться до удара. Значения остальных скоростей находят из следующих формул (через l, и g):

м/с2; м/с2; м/с2;

Найдём погрешности вычисления данных скоростей.

м/с.

м/с.

м/с.

По формуле (3) найдём (силу кратковременного взаимодействия шаров) < F >. Учитывая, что V1 = |U1 — V1| и V2 = |U2 — V2|.

Н.

Н.

Значение силы удара шаров найдём, как действительное значение от < F1 > и < F2 > :

Н.

Найдём погрешность величины < F > по формуле

(погрешность вычисления массы пренебрежимо мала)

Н.

Н.

Н.

Далее по формуле (9) найдём коэффициент восстановления скорости Kс:

; при V2 = 0,

Пользуясь формулой для вычисления погрешности косвенных величин

Найдём Kс. Для получения более точного значения погрешности, используя формулы (11, 12, 13), сведём исходную формулу для вычисления Kс (9) к формуле с аргументом состоящим только из значений прямых измерений (t,1,2).

= 4,6 10-2

Теперь по формуле (8) вычислим значение энергии деформации шаров Ek:

Дж.

Осталось найти погрешность (EK). При использовании следующей формулы предполагается, что V1 и Kс являются прямыми измерениями.

EK = 0,17 Дж.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой