Материал: Изучение закона сохранения момента импульса c применением крутильного баллистического маятника (90
подвес закрыты прозрачным кожухом 5, на внутренней стороне которого нанесена шкала, предназначенная для определения угла отклонения маятника после выстрела. Фотоэлектрический датчик 6 предназначен для выдачи электрического сигнала на миллисекундомер 9. Одновременно с подвесом совершает колебания стержень 11. При этом он пересекает поток в фотоэлектрическом датчике, сигнал с которого поступает на миллисекундомер.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1.Подключить к разъему «вход» на миллисекундомере фотоэлектрический датчик.
2.Включить в сеть шнур питания миллисекундомера.
3.Отклонить рукой маятник на 5–100 и отпустить его. Убедиться, что маятник совершает крутильные колебания.
Рис. 2
4.Сблизить грузы, расположенные на стержне, к оси вращения и зафиксировать их положение винтами. Определить R1 .
5.Нажать на кнопку «сеть», расположенную на лицевой панели миллисекундомера, при этом должны загореться лампочки и цифровые индикаторы.
6.Дать миллисекундомеру 1 – 2 минуты прогреться.
7.Нажать кнопку «пуск» на миллисекундомере и убедиться, что он регистрирует число и время колебаний маятника.
8.Зарядить пусковое устройство, для чего одну из его подвижных ручек повернуть вверх и вложить «пулю», затем возвратить эту ручку в первоначальное положение. Потянуть за обе подвижные ручки на себя до щелчка.
9.Убедившись, что маятник находится в состоянии покоя, произвести выстрел, для чего одну из подвижных ручек опустить вниз.
10.По шкале определить максимальный угол отклонения маятника.
11.Отклонить маятник на угол, определенный в п. 10, и нажать на кнопку
«пуск» миллисекундомера.
12. По показаниям секундомера определить время t 10 колебаний маятника
t
ивычислить период колебаний T 10 . Проделать это три раза.
13.Развести грузы mg на большее расстояние (по указанию преподавателя или лаборанта) и определить R2 .
14.Повторить п. 9 – 12 для нового положения грузов.
15.Определить по формуле (17) момент инерции I o .
16.Определить скорость «пули» vn по формуле (16), используя разные значения R . Найти среднее значение скорости.
17. Максимальную относительную погрешность определения I o
рассчитать по формуле
I |
o |
|
mg |
|
T 2 |
2R R R2 |
2T T T 2 |
2R R R2 |
2T T |
|
2T T 2T T |
||||||
|
|
|
|
1 |
2 2 2 |
1 |
1 |
2 |
1 1 1 |
2 2 |
2 2 |
1 1 |
. |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
I |
o |
|
m |
g |
|
|
|
R2T 2 |
R2T 2 |
|
|
T 2 |
T 2 |
||||
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
1 |
2 |
|
|
2 |
1 |
|
|||
18.Для серии экспериментов (при различных значениях R ) вычислить максимальные погрешности определения скорости «пули».
v |
n |
|
|
|
T |
|
m |
n |
r |
|
|
m ax |
I o 2(R 2 mg |
2R Rmg ) |
. |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
v |
|
|
|
T |
m |
|
r |
|
|
I |
|
2m |
|
R 2 |
|||||||
n |
|
|
|
|
n |
|
|
m ax |
o |
g |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Усреднив полученные значения, рассчитать абсолютную погрешность определения скорости «пули».
19.Окончательный результат записать в стандартном виде
vn vn(cp) vn .
Рекомендуемая форма таблиц для записи экспериментальных данных
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mg |
mg |
mn |
mn |
r |
r |
R1 |
R2 |
R1,2 |
φ1 |
φ2 |
Δφ1,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2 |
|
|
|
|
|
Номер п/п |
Т1 |
Т1 |
Т2 |
Т2 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
3
ср
СОДРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1.Название и цель лабораторной работы.
2.Перечень и схемы приборов и принадлежностей.
3.Краткая теория с расчетными формулами для определяемых величин и их погрешностей.
4.Расчеты величин и запись результатов в стандартном виде.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Физический смысл момента инерции. Момент инерции материальной точки, твердого тела.
2.Момент импульса, закон сохранения момента импульса.
3.Основной закон динамики вращательного движения. Смысл величин, в него входящих.
4.Энергия кинетическая и потенциальная. Закон сохранения механической энергии.
5.Как в работе используется закон сохранения энергии?
6.Как определяется в данной работе момент инерции стержня и мишеней
I o ?
7.Вывести формулу для определения скорости пули.
8.Как изменится угол отклонения при приближении мишени к оси вращения (изменением момента инерции пренебречь)?
9.Как изменятся максимальный угол отклонения, период колебаний и начальная кинетическая энергия крутильного маятника (после попадания «пули») при уменьшении массы стержня, на котором