На блоке управления 11 расположены кнопки управления и два табло: периоды и время. Первое показывает число полных колеба- ний, которое совершил маятник, а второе – время за которое это произошло. Чтобы секундомер зафиксировал время, например, пя- ти полных колебаний маятника необходимо, когда на табло будет цифра «4», нажать кнопку СТОП, при этом, когда пятый период колебаний закончится, секундомер остановится и покажет время. Кнопка СБРОС служит для обнуления показаний секундомера.
ЗАДАНИЕ
Измерение скорости пули
1. Занести в лабораторный журнал значения массы пули m, мас- сы грузов Мг, расстояние l от оси 1 до геометрического центра ло-
вушки: m = (0,765±0,001) г; Мг = (193±1) г; l = (120±1) мм.
2. Установить подвижные грузы на произвольно выбранном (но одинаковом) расстоянии L1 от оси 1. Расстояние от оси маятника до центра подвижных грузов определяется по рискам – углублениям, нанесенным на стержень маятника заводским способом. Расстоя- ние между рисками δL = 10 мм, расстояние между первой (бли- жайшей к оси) риской и осью маятника δL = 20 мм. При расчетах считать, что абсолютная погрешность измерения L расстояния L от оси маятника до центра подвижных грузов (если центры по- движных грузов с помощью прижимных винтов установлены напротив рисок – углублений) равна 1 мм.
3.Убедиться, что риска на боковой поверхности ловушки находится напротив нуля отсчета шкалы углов поворота баллистического маятника, нанесенной на прозрачной боковой поверхности защитного кожуха установки (при этом маятник должен находиться в состоянии равновесия).
4.Включить установку нажатием клавиши CЕТЬ; на цифровых табло секундомера и счетчика числа периодов колебаний должны загореться нули.
5.Зарядить пистолет. Выстрелить из пистолета. В результате выстрела пуля должна застрять в пластилине ловушки.
6.Отметить визуально по шкале углов отклонения баллистиче- ского маятника максимальный угол отклонения αм системы «бал-
161
листический маятник + пуля» и занести его в табл. 1.24.1. За по- грешность измерения величины αм взять цену деления шкалы Δα = 1°. В случае если начальное положение маятника не соответ- ствует нулю шкалы, записать начальный угол и учесть его потом при обработке результатов измерений.
7. Занести в табл. 1.24.1 время tn(k ) полных 1-3 колебаний по
показаниям миллисекундомера и счетчика числа периодов колеба- ний.
Таблица 1.24.1
Величина |
|
L1, мм |
|
|
L2, мм |
|
α m(k ), град. |
|
|
|
|
|
|
< α m >, рад |
|
|
|
|
|
|
Δα, рад |
|
|
|
|
|
|
tn(k), с |
|
|
|
|
|
|
< t > n , c |
|
|
|
|
|
|
tn, c |
|
|
|
|
|
|
T, c |
|
|
|
|
|
|
T, c |
|
|
|
|
|
|
8. При неизменном положении подвижных грузов 3 повторить еще два раза все измерения, изложенные в пп. 5–7. Перед каждым выстрелом из пистолета необходимо нажимать клавишу СБРОС, чтобы сбросить показания секундомера. Результаты измерений за- нести в табл. 1.24.1. Если результаты измерения угла αм отличают- ся больше, чем на Δα = 1° (приборная погрешность), вычислить погрешность Δα методом Корнфельда.
9. Установить подвижные грузы 3 на произвольно выбранном (но одинаковом) расстоянии L2 (не совпадающем с L1) от оси 1. Ре- комендуется выбирать значение L2, существенно отличающиеся от значений L1. Тогда значения пар величин (αм1, αм2) и ( T1 , T2 ) будут
тоже |
существенно различны и, как следствие, выражение |
||||
(α |
T |
− α |
m 2 |
T )2 |
, стоящее в знаменателях последних двух слагае- |
|
m1 2 |
|
1 |
|
|
мых в формуле (1.24.16), не будет близко к нулю и, следовательно, относительная погрешность измерения скорости пули εv не будет велика.
162
10. Повторить все измерения, изложенные в пп. 5–9, для нового положения ( L = L2 ) подвижных грузов.
ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ
1.Используя данные табл. 1.24.1, рассчитать период колебаний
Тбаллистического маятника и его погрешность по формулам:
T = |
< t >n |
, |
T = |
tn |
, |
(1.24.17) |
|
|
|||||
|
n |
|
n |
|
||
N
где < t >n = ∑tn( k ) / N , n – число периодов колебаний баллистиче-
k =1
ского маятника; N – число измерений времени tn(k ) ; под величиной погрешности измерения времени п колебаний tn подразумевается приборная погрешность секундомера ( tприб = 0, 001 с), если его по- казания в пределах однотипной серии измерений (состоящей из N измерений) отличаются единицей в последней значащей цифре. В противном случае величина tn вычисляется методом Корнфельда.
2. Вычислить, пользуясь формулами (1.24.15), (1.24.16) и дан- ными табл. 1.24.1, скорость пули с погрешностью.
ПРЕДСТАВЛЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
В заключении к работе представьте рассчитанное значение ско- рости пули. Проанализируйте особенности измерения скорости пу- ли баллистическим маятником. Укажите конструктивные особен- ности установки, которые вносят наиболее существенный вклад в погрешность результата.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1.Дайте определение моменту инерции тела относительно произвольной оси.
2.В чем суть баллистического метода определения скорости пу-
ли?
163
3.Какие фундаментальные законы природы положены в основу настоящей лабораторной работы?
4.Чем определяется собственная частота баллистического маят- ника?
5.Измерения каких физических величин в данной лабораторной работе являются прямыми, каких – косвенными?
6.Как определяются погрешности прямых измерений?
7.Укажите возможные систематические ошибки при экспери- ментальном определении скорости пули с помощью баллистиче- ского маятника.
8.Можно ли, модернизировав экспериментальную установку, избавиться (в принципе) от указанных вами систематических оши- бок или уменьшить их влияние на результаты эксперимента?
9.Можно ли, пользуясь описанным в данной лабораторной ра- боте баллистическим методом, определить моменты инерции тел?
164