Опис установки і методу вимірів
Балістичний маятник являє собою циліндр масою M. підвішений на подвійному біфілярного підвісі (рис. 1). На деякій відстані від циліндра за його осі укріплений пружинний пістолет. У центр нерухомого маятника роблять постріл. Горизонтально летить куля потрапляє в маятник і застряє в ньому (абсолютно непружних удар). В результаті удару маятник з кулею набуває деяку швидкість.
Так як в горизонтальному напрямку зовнішні сили відсутні (силою тертя ми нехтуємо), то на підставі закону збереження імпульсу можна записати
де m - маса кулі; - її швидкість; - швидкість маятника з кулею відразу після удару.
Щоб визначити швидкість. застосуємо закон збереження механічної енергії. В результаті придбаної механічної енергії маятник відхилиться від вертикалі на деякий кут a, а все його точки піднімуться на висоту h (рис. 1). У момент найбільшого відхилення маятника його кінетична енергія перетвориться в потенційну енергію:
Підставивши (2) в (1), знайдемо вираз для швидкості кулі:
З прямокутного трикутника АКО (рис. 1) маємо
Так як . то. і
Підставивши знайдене значення h в вираз (3), отримаємо для швидкості кулі формулу
Формула (4) є розрахунковою. Величини s. l визначають експериментально.
Порядок виконання роботи
1. Маса кулі і маятника вказані на установці.
2. Виміряти лінійкою відстань l від точки підвісу до точки кріплення нитки до маятника.
3. Привести маятник в стан рівноваги і визначити положення покажчика за шкалою.
4. Встановити маятник так, щоб його вісь збігалася з віссю стовбура пістолета і зробити п'ять пострілів однієї і тієї ж кулею, кожен раз відзначаючи зміщення покажчика за шкалою. Результати вимірювань записати в табл. 1.
5. Обчислити швидкість кулі за формулою (4), підставивши середнє значення зміщення.
1. Що називається імпульсом тіла?
2. Яка система називається замкнутою або ізольованою?
3. Сформулюйте закон збереження імпульсу. Який зв'язок цього закону до законів Ньютона?
4. Які існують види механічної енергії?
5. В яких одиницях вимірюється енергія в системах одиниць СІ і СГС?
6. Сформулюйте закон збереження механічної енергії?
7. Які сили називаються потенційними і непотенційного?
8. Який зв'язок законів збереження енергії та імпульсу з властивостями простору і часу?
9. Як знайти зміна механічної енергії неізольованою дисипативної системи?
10. Які перетворення енергії відбувається в даній роботі?
11. Виведіть розрахункову формулу.
ВИЗНАЧЕННЯ ШВИДКОСТІ КУЛІ
Так як швидкість кулі в цій роботі мала, і опором повітря можна знехтувати, то її можна визначити кинематическим методом.
Постріл з пружинного пістолета здійснюється в горизонтальному напрямку (рис. 2). Рух кулі уздовж осі X є рівномірним, тому дальність польоту
де - початкова швидкість вильоту кулі, t - час польоту. У вертикальному напрямку на кулю діє сила тяжіння, що повідомляє їй прискорення. Рух уздовж осі Y є рівноприскореному з = 0, тому висота, з якої падає куля,
З (1) і (2) випливає, що
Формула (3) є розрахунковою.
Порядок виконання роботи
1. Провести 5 пострілів з пістолета, розташованого на столі, в ящик з піском або аркуш паперу, розташований на підлозі. Після кожного пострілу по позначці кулі на піску, або на аркуші, виміряти дальність польоту S.
2. Виміряти висоту h.
3. Результати вимірювань S і h записати в табл. 1.