Порядок виконання роботи:

Метод 1.

1. Повертаючи маховик без досліджуваних тіл, намотують нитку на барабан і підіймають тягар на висоту h від підлоги.

2. Надають тягареві можливість опускатись і вимірюють проміжок часу t до удару його об підлогу.

3. Вимірюють висоту h₁, на яку підійметься тягар за рахунок енергії обертального руху маховика. Вимірювання роблять тричі і в розрахунках користуються середніми величинам.

4. Вимірюють радіус шківа і за (7) розраховують момент інерції I₀.

5. Міцно затискують досліджуване тіло на маховику і повторюють дії пп.1-4, визначаючи сумарний момент інерції I₁.

6. Обчислюють момент інерції тіла I = I₁ – I₀. Результати вимірювань та розрахунків заносять до таблиці 1.

Таблиця 1

m	R	h	Маховик			Маховик з тілом			І
			t	h1	I0	t	h1	I1

Метод 2.

1. Тягар на нитці підвішують кільцем за штифт шківа і обертанням маховика підіймають до висоти h від підлоги та вимірюють час його опускання t.

2. Надають тягарю можливості опускатися і вимірюють час опускання t .

3. Утримують секундомір ввімкненим та вимірюють час до повної зупинки маховика t₁ і визначають час вільного вибігу маховика як t₁ = t΄ - t.

4. За формулою (9) обчислюють момент інерції маховика I₀ .

5. Міцно закріплюють досліджуване тіло на маховику і повторюють дії по пп.1-4 для тієї ж висоти h та визначають момент інерції маховика з тілом I₁. Момент інерції тіла розраховують за формулою I = I₁- I₀.

Результати вимірів та розрахунків подають в таблиці 2.

Таблиця 2

m	r	h	Маховик			Маховик з тілом			І
			t	h1	I0	t	h1	I1

Дайте відповідь на запитання:

1. Який з двох методів вимірювань точніший?

2. Які обмеження існують в першому методі?

3. Чи можна застосувати ці методи у випадку несиметричних тіл і чому?

Лабораторна робота № 7.

Дослідження непружного удару за допомогою балістичного маятника.

Приладдя: установка з маятником і пневморушницею, металічна лінійка з масштабом до 1мм, технічні терези.

Мета роботи: засвоїти застосування законів збереження імпульсу і енергії.

Коротка теорія та метод вимірювання

При непружному зіткненні тіла незворотньо деформуються і після зіткнення рухаються як одне ціле.

Короткочасне зіткнення тіл - удар - називають центральним, якщо тіла до зіткнення рухаються по прямій, що з’єднує їх центри мас. Такий удар ми розглянемо, тому що після зіткнення тіл, що поступально рухаються, не виникає обертальний рух.

Нехай до зіткнення тіло масою m₁ рухалося зі швидкістю v₁, а тіло з масою m₂ - зі швидкістю v₂. Після непружного удару тіла m₁ і m₂ рухаються як одне ціле зі швидкістю u.

Згідно з законом збереження імпульсу обчислюється:

m₁ v₁ + m₂ v₂ = ( m₁ + m₂ ) u (1)

З (1) знаходимо:

u = ( m₁ v₁ + m₂ v₂ ) / ( m₁ + m₂ ). (2)

Закон збереження енергії для цього випадку слід записувати у такому вигляді:

m₁ v₁²/2 + m₂ v₂²/ 2 = ( m₁ + m₂ ) u² / 2 + A, (3)

де А – частина енергії, що витратилась на непружну деформацію тіл і частково перейшла у внутрішню енергію тіл, яку ми будемо називати роботою непружної деформації. Підставляючи u з (2) в (3), отримаєм:

A = ( v₁- v₂ )² (4)

- найбільш загальне співвідношення для роботи непружної деформації.

В основу даної роботи покладено так званий метод балістичного маятника, що представляє собою масивну головку у вигляді циліндра, що підвішений на тонкій спиці. Внутрішня частина головки заповнена пластиліном, спиця з’єднана з маточницею, що містить підшипник. При повороті головки зі спицею навколо осі обертання тим самим забезпечується мінімальне тертя.

Перед пострілом з пневматичної рушниці головка знаходиться в стані спокою ( v₂ = 0 ) . Позначимо швидкість кулі v₁ = v. Тоді з (4) випливає:

A = W₁ , (5)

де W₁ = m₁v²/2 - кінетична енергія кулі. Кінетична енергія маятника при відхиленні його в крайне положення повністю переходить в потенціальну енергію (рис.1):

( m₁ + m₂ ) u² / 2 = ( m₁ + m₂ ) g h, (6)

д

R

α

h

Визначаючи з (6) u з урахуванням значення h і підставляючи його в (2), знаходимо швидкість кулі:

v = (m₁ + m₂ ) / m₁ (7)

Знаючи швидкість v, за (5) знаходимо роботу деформації.

е h - висота підняття головки маятника дорівнює h = R(1 – cosα ), де R - відстань від осі обертання до її центру ваги.

Рис.1