Общие сведения. Физические основы эксперимента - Механика
Учебные материалы


Общие сведения. Физические основы эксперимента - Механика



Для описания физических процессов в данной лабораторной работе используются следующие законы:

1. Закон сохранения импульса: Если на систему тел не действуют внешние силы (такая система называется замкнутой) или их векторная сумма равна нулю, то суммарный импульс системы остается постоянным.

Если , то .

Если сумма внешних сил не равна нулю, но равна нулю проекция всех сил на какое-либо направление, то сохраняется проекция суммарного импульса на это направление.

Если , то .

2. Закон сохранения механической энергии: Если в замкнутой системе между телами действуют только консервативные силы (силы упругости, тяжести, кулоновские), то полная механическая энергия системы (сумма кинетических и потенциальных энергий всех тел) остается постоянной.

Если в системе есть диссипативная сила (трение, пластическая деформация), то уменьшение полной механической энергии равно работе этой силы. Часть механической энергии, равная работе диссипативной силы, переходит при этом в тепловую энергию.

Далее мы покажем, как применить эти законы сохранения в данном лабораторном эксперименте, и как использовать полученные уравнения, для определения скорости полета пули.

Рис.1.2

На рисунке 1.2 показаны последовательные состояния системы «пуля + маятник» после выстрела:

2.1. Пружина пистолета сжата, пуля лежит в стволе. Полная механическая энергия равна потенциальной энергии сжатой пружины. Кинетическая энергия системы .

2.2. Пуля после выстрела летит к маятнику. Полная энергия системы равняется кинетической энергии пули:

.

Импульс системы равен импульсу пули:

.

где - масса пули,

- скорость пули.

В нашем рассмотрении мы пренебрегаем небольшой вертикальной составляющей скорости, возникающей из-за действия силы тяжести.

2.3. Пуля застряла в маятнике (неупругий удар). Маятник, получив удар, приобретает скорость и начинает отклоняться от положения равновесия. Часть кинетической энергии пули уходит на работу по деформации пластилина. Полная механическая энергия уменьшилась и стала равной:

.

Импульс системы:

,

где - масса маятника;

- скорость маятника сразу после удара пули.

2.4. Маятник с пулей отклонился на угол , центр тяжести поднялся на высоту . Кинетическая энергия в верхней точке равна нулю. Полная энергия состоит только из потенциальной:

.

Из рисунке 2.4 : , .

При малых углях можно считать: ,

Тогда

(1.1)

Рассмотрим состояния 2.2 и 2.3 (до и после удара). Полная энергия при переходе от 2.2 к 2.3 не сохраняется, однако сохраняется импульс системы в проекции на горизонтальное направление, т.к. проекции силы тяжести и силы натяжения нити (внешние силы) на это направление равны нулю:

или ,

отсюда

. (1. 2)

Рассмотрим состояние 2.3 и 2.4. Поскольку сила трения на маятник не действует, то по закону сохранения энергии ,

или

.

Отсюда

. (1.3)

Подставив (1.1) в (1.3) и (1. 3) в (1.2) получим:

. (1. 4)

Формула (1.4) используется для экспериментального определения скорости полета пули в данной лабораторной работе.


Последнее изменение этой страницы: 2018-09-09;


dommodels.ru 2018 год. Все права принадлежат их авторам! Главная