lab_ballistika_otchet
.docxПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ
МИНИСТЕРСТВО науки и высшего образования РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Кафедра общей и технической физики
Отчет по лабораторной работе №4
По дисциплине Физика
(наименование учебной дисциплины согласно учебному плану)
Тема: Измерение скорости полета пули с помощью баллистического маятника
Автор: студент гр. СПС-18 ______________ Спиридонова М.А.
(подпись) (Ф.И.О.)
ОЦЕНКА: _____________
Дата: 2 апреля 2019
ПРОВЕРИЛ _доцент _____________ /Ломакина Е.С. /
(должность) (подпись) (Ф.И.О.)
Санкт-Петербург
2019
Цель работы
Определить скорость полета пули с помощью крутильных колебаний баллистического маятника.
Краткое теоретическое содержание
Явление, изучаемое в работе – явление неупругого соударения тел.
Определение основных физических понятий, объектов, процессов и величин:
Скорость - векторная величина, показывающая быстроту изменения положения тела в пространстве
Период колебаний – время, за которое колеблющееся тело совершает одно полное колебание
Момент инерции – показывает инертность тела во вращательном движении вокруг своей оси
Баллистический маятник - представляет собой два стержня, подвешенных на вертикально натянутой проволоке, на которых закреплены мисочки с пластилином и перемещаемые грузы.
Законы и соотношения, использованные при выводе расчетной формулы:
Закон сохранения момента импульса:
Закон сохранения полной механической энергии:
Период крутильных колебаний физического маятника:
Момент инерции:
Пояснения к физическим величинам, входящим в формулу, и единицы их измерений:
m - масса пули, [m] = кг
- величина скорости пули, [] = м/с
l - расстояние от оси вращения маятника до точки удара пули, [l] = м
- величина угловой скорости маятника, [] = рад/с
J - момент инерции маятника, [J] = кг·м²
- наибольший угол поворота маятника, [ ] = рад
D - модуль кручения проволоки, [D] = н·м
Т - период крутильных колебаний маятника, [Т] = c
M - масса одного неподвижного груза, [M] = кг
R - расстояние от центра масс груза до оси вращения, [R] = м
J0 - момент инерции маятника без грузов, [J0] = кг·м²
Схема установки
Рисунок 1 – Лабораторная установка
Общий вид установки показан на рис. 1. В основании 1, снабженном регулирующими ножками 2, позволяющими выравнивать прибор, закреплена колонка 3 с тремя кронштейнами: верхним 8, средним 4 и нижним 14. К кронштейну 4 прикреплено стреляющее устройство 9, прозрачный экран с нанесенной на него угловой шкалой 10 и фотоэлектрический датчик 12. Кронштейны 4 и 8 имеют зажимы, служащие для крепления стальной проволоки 13, на которой подвешен маятник, состоящий из двух мисочек 6, наполненных пластилином, двух перемещаемых грузов 7, двух стержней 5 и «водилки» 11. Фотоэлектрический датчик соединен разъёмом с привинченным к основанию секундомером.
Расчетные формулы
Скорость пули:
Период:
Погрешность косвенных измерений
Таблицы с результатами измерений и вычислений
Таблица 1 – Результаты измерений и вычислений
Величины |
R1 |
t1 |
T1 |
R2 |
t2 |
T2 |
αmax |
M |
m |
l |
|
Единицы № опыта |
см |
с |
с |
см |
с |
с |
град |
г |
г |
см |
м/с |
1 |
9 |
22,705 |
2,2705 |
2 |
13,375 |
1,3375 |
31 |
200 |
7,321 |
11,5 |
8,3819 |
2 |
9 |
22,732 |
2,2732 |
2 |
13,408 |
1,3408 |
31 |
200 |
7,321 |
11,5 |
8,3813 |
3 |
9 |
22,720 |
2,2720 |
2 |
13,390 |
1,3390 |
31 |
200 |
7,321 |
11,5 |
8,3585 |
4 |
9 |
22,737 |
2,2737 |
2 |
13,407 |
1,3407 |
31 |
200 |
7,321 |
11,5 |
8,3768 |
5 |
9 |
22,740 |
2,2740 |
2 |
13,391 |
1,3392 |
31 |
200 |
7,321 |
11,5 |
8,3646 |
Пример вычислений
R1 = 9 см = 0,09 м
R2 = 2 см = 0,02 м
T1 = 2,2705 c
T2 =1,3375 c
αmax = 31º = 0,54 рад
M= 200 г = 0,2 кг
m = 7,321 г = 0,007321 кг
l = 11,5см = 0,115 м
= (4*3,14*0,2*0,541*2,2705*(0,09^2 - 0,02^2)) / (0,007321*0,115*(2,2705^2 - 1,3375^2)) = 8,3819 (м/с)
Погрешность прямых измерений
∆R = 0,001 м;
∆T = 0,001 c;
∆αmax = 1º;
∆l = 0,001 м;
∆М= 0,001 г;
∆m=0,000001 кг;
Средняя квадратичная погрешность
Графический материал
Рисунок 2 – Данные для построения зависимости T от R
Рисунок 3 - Зависимость периода колебаний T от расстояния R до грузов от оси вращения
Результат
= 8,37±0,29 м/с
Анализ и выводы
В ходе лабораторной работы были проведены опыты, необходимые для измерения скорости пули, вылетающей из пистолета. На экспериментальной установке были зафиксированы значения приборов и рассчитаны значения измеряемых величин. Подведя итог, можно отметить, что полученный результат достаточно близок к табличному, равному 10 м/с, то есть совпадает с ним на 80%.