Физический практикум для инженерного класса, практическая работа № 4 "Изучение закона сохранения импульса при упругом ударе шаров."

Практическая работа № 4

Тема: Изучение закона сохранения импульса при упругом ударе шаров

Цель: определить импульсы шаров до и после удара, подтвердить на практике ЗСИ.

Оборудование: штатив, лоток дугообразный, 2 шара, линейка, весы.

Теоретические сведения

По ЗСИ при любых взаимодействиях тел векторная сумма импульсов до взаимодействия равна векторной сумме импульсов тел после взаимодействия. В справедливости этого закона можно убедиться, исследуя столкновение шаров на установке, изображенной на рис.1. Импульс определяется по формуле p=mv, где m – масса шара, определяется взвешиванием, v – скорость движения шара. Для определения скорости до взаимодействия по лотку пускают шар. Скатившись с лотка, шар движется по параболе до удара о поверхность лотка. Скорость рассчитывают из формул кинематики для движения под действием силы тяжести: , где l – дальность полета шара, h – высота с которой шар начал падение, g – ускорение свободного падения. Определив импульс первого шара до столкновения, ставят на краю лотка второй шар и запускают первый так же, как в первом опыте. После соударения с лотка слетают оба шара. По закону сохранения импульсов, сумма импульсов первого и второго шаров до столкновения равна сумме импульсов после столкновения: p₁ + p₂ = p₁^*+ p₂^* или m₁v₁ + m₂v₂ = m₁v₁^*+ m₂v₂^*, где v₁ из первого опыта, v₂ = 0 (второй шар до соударения не двигался), v₁^* и v₂^* находят аналогично первому опыту, измеряя соответствующие дальности полета первого и второго шаров.

Выполнение работы.

1. Подготовьте таблицу для записей результатов

   h,м

   l1,м

   l1ср,м

   v1,м/с

   p1,м/с2

   l1*,м

   l1*ср

   l2*,м

   l2*ср

   v1*,м/с

   v2*,м/с

   p1*,м/с2

   p2*,м/с2

2. Измерьте массы шаров m₁ и m₂ с помощью весов.

3. Укрепите лоток в лапке штатива таким образом, чтобы горизонтальная часть лотка находилась на расстоянии 20 см от поверхности стола.

4. Возьмите шар с большей массой, установите его у верхнего края наклонной части лотка. Отпустите шар и определите дальность его полета в горизонтальном направлении. Опыт повторите 3 раза и найдите среднее значение дальности полета l₁ (см рис.1).

5. Зная высоту края лотка h над столом, определите значения скорости v₁ и импульса p₁.

1. Установите на краю горизонтальной части лотка второй шар и осуществите запуск первого шара таким же образом, как в первом опыте. Измерьте дальности полета шаров после их столкновения. Опыт повторите три раза и найдите средние значения дальности полета первого и второго шаров l₁^* и l₂^* (рис.2)

2. По найденным числовым значениям дальностей полетов вычислите числовые значения скоростей шаров после столкновения v₁^* и v₂^* и их импульсов p₁^* и p₂^*.

3. Результаты занесите в таблицу.

4. Рассчитайте относительную погрешность измерения каждого импульса

1. Рассчитайте абсолютную погрешность измерения каждого импульса

1. Запишите результаты расчетов импульсов в виде

, кг м/с, ε %.

1. Сравните импульс первого шара до столкновения p₁ с суммой импульсов двух шаров после столкновения p₁^*+ p₂^* с учетом погрешностей.

2. Напишите вывод к работе.

Контрольные вопросы

1. Что называется импульсом тела?

2. При каких условиях выполняется закон сохранения импульса?

3. Как связана сила, приложенная к телу, с изменением импульса тела?