Лабораторна робота.

Дослідження закону збереження імпульсу.

Мета: підтвердити закон збереження імпульсу на практиці.

Програма завдання :

1. Імпульсом називається:

А) добуток маси на квадрат швидкості;

Б) відношення маси до швидкості;

В) добуток маси на швидкість;

Г) відношення сили до проміжку часу.

2. Одиницею імпульсу є:

А) ;

Б) ;

В) ;

Г) ;

Д) .

3. Напрям імпульсу тіла:

А) протилежний швидкості тіла;

Б) співнаправлений зі швидкістю тіла;

В) перпендикулярний швидкості тіла;

Г) не залежить від швидкості тіла;

4. Закон збереження імпульсу формулюється:

А) Сума імпульсів тіл, що утворюють замкнену систему, зберігається сталою під час будь-яких взаємодій тіл цієї системи між собою або даної системи з іншими системами;

Б) Геометрична сума імпульсів тіл, що утворюють замкнену систему, зберігається сталою під час будь яких взаємодій тіл цієї системи;

В) Геометрична сума імпульсів тіла, що утворюють замкнену систему сил, зберігається переважно сталою під час механічних взаємодій тіл цієї системи між собою;

Г) Сума геометричних імпульсів тіл двох систем, що утворюють замкнену систему тіл, зберігається сталою на протязі всього часу взаємодії цих тіл між собою.

5. Для визначення швидкості кульок до зіткнення і після нього користуються:

А) Першим законом Ньютона.

Б) Третім законом Ньютона.

В) Законом збереження кінетичної енергії.

Г) Законом збереження механічної енергії.

6. За якою формулою можна обрахувати швидкість тіла до чи після зіткнення:

А) .

Б) .

В) .

Г) .

Теоретичні відомості.

Згідно визначення , згідно третього закону Ньютона при взаємодії тіл ; звідси ; тут ми розглядаємо випадок, коли швидкості тіл при взаємодії направлені вздовж однієї лінії; остаточно

або Р₁ +Р₂ = Р₁ + Р₂

тут Р₁ і Р₂ – імпульси першого і другого тіл до взаємодії, а Р₁ і Р₂ – після взаємодії.

Перший метод виконання роботи.

Обладнання: штатив з муфтою, дві сталеві кульки, одна з яких має більшу масу, дві нитки, вимірювальна лінійка.

Експериментальна задача.

На довгих підвісах висять дві сталеві кульки, маси яких m₁ і m₂ відповідно (m₁>m₂). Кульку з масою m₁ відводять в сторону, фіксують відстань на лінійці s₀, і відпускають її , після удару на лінійці відмічають максимальні відхилення першої та другої кульок - та . Розрахувати швидкості кульок до і після зіткнення. Перевірити дію закону збереження імпульсів.

Теоретичні відомості.

В лабораторній роботі використовується установка, яка подана на мал. 1.

мал. 1

Центри ваг обох кульок лежать на одному рівні. Для визначення швидкостей першої кульки до зіткнення v₁ і швидкості кульок u₁ i u₂ після зіткнення необхідно скористатися законом збереження механічної енергії. Потенціальна енергія кульки в положенні максимального відхилення дорівнює його кінетичній енергії при ударі.

, звідки

трикутник ABC – прямокутний

(кут ABC опирається на діаметр).

мал. 2(а) мал. 2(б)

Катет AB є середньою пропорціональною величиною між гіпотенузою AC=2l і своєю проекцією на гіпотенузу AD

AB² = AC AD, тобто

, звідки

; ; ;

При малих кутах величину відхилень можна замінити їх горизонтальними складовими.

Послідовність виконання роботи.

1. Намалюйте в зошиті таблицю для запису результатів вимірювань і обчислень.

2. Визначте маси кульок m₁ i m₂ і виміряйте довжину їх підвісу.

3. Відхилить кульку з більшою масою від положення рівноваги на 5-7 см і відпустіть її. Зафіксуйте максимальне відхилення кульок s₁ i s₂ після зіткнення.

№

m1

m2

l

S0

S1

S2

v1

u1

u2

mv1

mu1

mu2

1

2

3

Сер

4. Повторіть дослід 3 рази і знайдіть середні значення відхилень s₁ i s₂.

5. Використовуючи середні значення відхилень s₀, s₁, s₂ обрахуйте швидкості кульок v₁, u₁, u₂ і їх імпульси.

6. Результати вимірювань і обрахувань внесіть до таблиці.

7. Порівняйте імпульс кульки з більшою масою до удару з сумою імпульсів двох кульок після зіткнення і зробіть висновок про виконання закону збереження імпульсу.

Другий метод виконання роботи.

Обладнання: дві металеві кульки з крючками, дві пластикові кульки, дві дерев’яні планки, штатив з лапкою і муфтою, нитки, невеликі цвях.

Теоретичні відомості:

В лабораторній роботі використовується установка, яка подана на малюнку 3.

мал.3

У бічні грані дерев’яних планок, ширина яких дорівнює діаметру кульок, забиті два цвяхи, до яких прикріплені біфілярні підвіси кульок. Підвішені кульки дотикаються одна одної.

Згідно формули виведеної у першому методі , отже у першому досліді . В нашому випадку , ; згідно закону збереження імпульсу ; , , , звідси . Отож .

У другому досліді , то , отже - кульки розходяться в протилежні боки на одну і ту ж саму відстань .

У третьому досліді і так як удар абсолютно непружній, то , звідси , .

У четвертому досліді і так як удар абсолютно непружній , звідси .

Послідовність виконання роботи:

1. Визначте масу і виміряйте довжину їх підвісу, стальних кульок.

2. Відхиліть одну з кульок на відстань і відпустіть її. Зафіксуйте відстані і на які відхилилися кульки. Зробіть висновок про виконання закону збереження.

3. Відхиліть кульки на відстань і відпустіть їх. Зафіксуйте відстані і на які відхилилися кульки. Зробіть висновки.

4. Замініть кульки стальні на пластилінові однакової маси. Повторіть пункти 2, 3. Зробіть висновки про виконання закону збереження імпульсу.