ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ

Кафедра «Общая и теоретическая физика»

Сарафанова В.А.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ №15

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СРЕДНЕЙ СИЛЫ УДАРА

Тольятти 2007

2

1. Цель работы

Изучение законов динамики и закона сохранения энергии.

2. Приборы и принадлежности

Экспериментальная установка.

3. Краткие теоретические сведения

3.1. Основные понятия и законы

Механической системой называется система тел, выделенных для рассмотрения. Тела системы могут взаимодействовать как между собой, так и с телами, не входящими в систему.

Внутренними силами называются силы, с которыми тела системы действуют друг на дру-

га.

Внешними силами называются силы, обусловленные воздействием тел, не принадлежащих системе.

Замкнутой системой называется система тел, в которой внешние силы отсутствуют.

Импульсом тела называется векторнаяG физическая величина, определяемая произведением pG = mV

Суммарный импульс механической системы равен сумме импульсов отдельных тел системы РG =∑N pGi .

i=1

Закон сохранения импульса: суммарный импульс замкнутой системы тел остается постоянным.

Энергия является общей количественной мерой движения и взаимодействия всех видов материи. Энергия не исчезает и не возникает из ничего; она может лишь переходить из одной формы в другую. В соответствии с различными формами движения материи рассматривают различные виды энергии: механическую, внутреннюю, электромагнитную, ядерную и др.

Механическая энергия бывает двух видов: кинетическая и потенциальная.

Кинетическая энергия тела - это энергия движения. Кинетическая энергия определяется по формуле: Ek = mV2 2 . Приняв во внимание, что модуль импульса равен: p = mV , кинетическая

энергия может рассчитываться по формуле: Ek = p2 . 2m

Потенциальная энергия – механическая энергия системы тел, определяемая их взаимным расположением и характером сил взаимодействия между ними. Конкретный вид потенциальной энергии тела зависит от характера силового поля.

Потенциальная энергия тела массой m в поле сил тяжести определяется выражением:

Ep = mgh , где h – высота, отсчитываемая от произвольного уровня, g - ускорение свободного падения.

Потенциальная энергия тела в поле сил упругости определяется по формуле: Ep = kx22 .

Полная механическая энергия тела равна сумме его кинетической и потенциальной энергий: E = Ek + Ep .

3

Консервативными силами называются силы, работа которых не зависит от траектории движения тела, а зависит только от его начального и конечного положения. Консервативными являются силы тяжести, упругости. Работа таких сил по замкнутой траектории равна нулю.

Закон сохранения механической энергии: полная механическая энергия системы тел, находящихся под действием только консервативных сил, остается постоянной.

При наличии неконсервативных сил полная механическая энергия системы не сохраняется. Неконсервативными, в частности, являются силы трения и сопротивления среды. Работа этих сил отрицательна. Поэтому при наличии сил трения и сопротивления среды полная механическая энергия системы уменьшается, переходя во внутреннюю энергию тел. Такой процесс на-

зывается диссипацией энергии.

Силы, приводящие к диссипации энергии, называются диссипативными.G

Второй закон Ньютона (основное уравнение динамики): FG = maG = m ddtV .

3.2.Вывод расчетной формулы

Вработе происходит удар шара о плиту и рассчитывается средняя сила соударения.

Шар массы m подвешен на двух нитях на расстоянии l от оси вращения. В начальный момент времени шар отклонен на угол α от положения равновесия и обладает потенциальной энергией Ep = mgh . При падении шара потенциальная энергия переходит в кинетическую

энергию Ek = mV2 2 . По закону сохранения полной механической энергии:

где V – скорость шара, когда он достигает положения равновесия. В положении равновесия шара находится плита, с которой шар соударяется.

4