защита лабораторной работы ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА. защита 1 лабы. Измерение скорости пули с помощью баллистического маятника
 Скачать 95.85 Kb.
|
|
Вопросы для защиты лабораторной работы №1 ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ БАЛЛИСТИЧЕСКОГО МАЯТНИКА Первый уровень Что такое система отсчёта? Зачем вводится это понятие в физике? Приведите примеры. Ответ: Система отсчета – совокупность системы координат и часов, связанных с телом отсчёта. Система отсчета используется для задания положения тела (материальной точки), относительно других тел (м.т.), в дальнейшем необходимое для описания движения данного тела (м.т.). Что такое материальная точка? Что такое твёрдое тело? Приведите примеры. Ответ: Материальная точка – тело, размерами которого в условиях данной задачи можно пренебречь (но не массой). Пример: небесное тело можно представить как м.т. при нахождении координат его положения относительно Земли. Абсолютно твердое тело – совокупность материальных точек, расстояние между которыми с течением времени не меняется. Примером а.т.т. может быть любое тело, деформацией которого в конкретной задаче можно пренебречь. В природе а.т.т. не существует, т.к. все реальные тела подвержены деформации. Как определяют положение материальной точки в векторном, координатном и естественном способах описания механического движения? Ответ: Векторный способ: положение материальной точки задаётся с помощью радиуса вектора относительно некоторой неподвижной точки O. Координатный способ: с телом отсчёта связывают какую-либо систему координат (например, декартову). Естественный способ: движение описывается с помощью параметров самой траектории, и он используется, когда траектория известна. Как определяют изменение положения материальной точки в трёх способах описания движения тел? Ответ: В векторном способе при движении точки M в некоторой системе отсчета Oxyz вектор будет изменяться с течением времени, т.е. имеет место зависимость. В процессе движения конец радиус-вектора будет описывать траекторию, а его изменение – перемещение точки. В координатном способе необходимо знать значение координат точки в каждый момент времени. Применяя закон движения м.т. в координатном виде, мы можем найти числовые значения проекций радиус-вектора движущейся точки на координатные оси В естественном способе выберем некоторую неподвижную точку O’, которую будем считать началом отсчёта, и определим положительное и отрицательное направление точки M, движущейся вдоль траектории AB. Тогда положение точки M будет определяться расстоянием S от точки O’. При движении точка М переместиться в точку М’. Дайте определение мгновенной скорости. Как направлен вектор мгновенной скорости? В каких единицах она измеряется? Ответ: Мгновенная скорость – это скорость тела в данный момент времени или в данной точке траектории. Это векторная физическая величина, численно равная пределу, к которому стремится средняя скорость за бесконечно малый промежуток времени. Другими словами, мгновенная скорость – это первая производная радиус-вектора по времени. Вектор мгновенной скорости направлен по касательной к траектории в сторону движения. Как по графику зависимости материальной точки от времени найти значение проекции средней скорости; проекции мгновенной скорости? Ответ: Среднюю скорость можно вычислить и по графику зависимости пути от времени l(t). Для этого соедините прямой линией начальную и конечную точки рассматриваемого участка перемещения. Средняя скорость тела будет равна тангенсу угла наклона полученной прямой к оси времени. О мгновенной скорости тела можно судить по угловому коэффициенту касательной к графику зависимости координаты от времени: чем больше угловой коэффициент касательной, тем больше скорость тела. А в тех точках графика, где угол наклона касательной равен нулю, то есть касательная параллельна оси времени t, мгновенная скорость тела равна нулю. Дайте определение мгновенного ускорения. Как направлен вектор ускорения? В каких единицах ускорения изменяется? Ответ: Мгновенное ускорение — это векторная физическая величина, численно равная изменению скорости в единицу времени. Единицами измерения мгновенного ускорения являются м/с ^2. Вектор мгновенной скорости всегда направлен по касательной к траектории движения объекта в любой момент времени. Раскройте физический смысл всех кинематических характеристик поступательного движения. Ответ: Поступательное движение – движение, при котором прямая, проходящая через любые две точки тела, в процессе движения остаётся параллельной самой себе. Кинематические характеристики поступательного движения: путь, перемещение, скорость, ускорение. Путь - длина участка траектории, пройденного материальной точкой с момент начала отсчёта времени. Перемещение - изменение местоположения физического тела в пространстве относительно выбранной системы отсчёта. Скорость – скалярная физическая величина, характеризующая быстроту изменения координаты точки в пространстве. Ускорение – вектор, направленный вдоль вектора приращения скорости dv, модуль ускорения характеризует величину изменения скорости в единицу времени. Сформулируйте первый закон Ньютона. Объясните, какие системы отсчёта называют инерциальными. Как определить, инерциальна ли конкретная система отсчёта? Ответ: Первый закон Ньютона – всякая материальная точка (тело) сохраняет состояние покоя или равномерного прямолинейного движения до тех пор, пока воздействие со стороны других тел не заставит её изменить это состояние. Стремление тела сохранять состояние покоя или равномерного прямолинейного движения называют инертностью. Инерциальные системы отсчёта – системы отсчёта, по отношению к которым выполняется первый закон Ньютона. Если относительно некоторой системы отсчета материальная точка свободна от внешних воздействий, либо покоится, либо движется равномерно, то эта система отсчета является инерциальной. Сформулируйте второй закон Ньютона. При каких условиях он выполняется? Ответ: Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела). Второй закон Ньютона (общ) – скорость изменения импульса материальной точки равна действующей на нее силе. Второй закон Ньютона справедлив только для движения тел со скоростями, много меньшими скорости света. Сформулируйте третий закон Ньютона. Поясните может ли нарушаться этот закон для движущихся относительно друг друга тел в инерциальной системе отсчёта? Ответ: Силы, с которыми действуют друг на друга два взаимодействующих тела, всегда равны друг другу по величине и направлены в противоположные стороны. Силы F12 и F21 приложены к разным телам. Это значит, что эти силы не компенсируют друг друга. Третий закон справедлив для сил любой природы. Любая система отсчёта, движущаяся равномерно и прямолинейно относительно инерциальной системы отсчёта является инерциальной если системы отсчета движутся друг относительно друга равномерно и прямолинейно, то ускорение тела, измеренное в каждой из систем отсчёта, будет одинаковым т.к. ускорение тела массой m зависит от величины силы, приложенной к телу, тогда во всех инерциальных системах отсчета на рассматриваемое тело действует одна и таже сила. Значит, третий закон Ньютона выполним в инерциальных системах отсчёта. Какие силы называют внутренними, а какие внешними? Приведите примеры. Ответ: Внутренние силы – это такие силы, которые действуют сразу на все атомы передвигаемого предмета независимо от того, где они находятся: на поверхности или в середине предмета. К этим силам относятся сила инерции и сила покоя. Внешние силы – это такие силы, которые действуют только на поверхности предмета, не проникая внутрь. К этим силам относятся все силы, развиваемые материальным объектом. Какие системы тел называют замкнутыми? Ответ: Механическая система называется замкнутой (или изолированной), если на неё не действуют внешние силы, т.е. она не взаимодействует с внешними телами. Сформулируйте закон сохранения импульса для системы тел. Ответ: Полный импульс системы тел постоянен во времени, если на систему не действуют внешние силы или сумма внешних сил равна нулю. Полный импульс – суммарный импульс всех тел, принадлежащих системе. Импульс каждого из тел, принадлежащих системе, может изменяться. Однако изменение импульса одного тела обязательно будет скомпенсировано изменением импульса других тел. Какие силы называют консервативными? Приведите примеры таких сил. Ответ: Консервативные силы — это силы, работа которых не зависит от вида траектории, точки приложения этих сил и закона их движения, и определяется только начальным и конечным положением этой точки. Примеры: сила тяжести, сила упругости, сила гравитации, кулоновская сила.. Сформулируйте закон сохранения механической энергии для системы материальных точек. Ответ: Полная механическая энергия для замкнутой системы тел, между которыми действуют исключительно консервативные силы, остается постоянной. Если отсутствуют диссипативные силы (например, силы трения), механическая энергия из ничего не возникнет и в никуда исчезать не может. Какой вид взаимодействия тел называют абсолютно упругим ударом? Приведите примеры. Ответ: Абсолютно упругий удар — модель соударения, при которой полная кинетическая энергия системы сохраняется. Примеры абсолютно упругих столкновений: удар о стенку футбольного мяча, после которого восстанавливаются его форма и модуль скорости, столкновение бильярдных шаров, попеременное отскакивание шариков маятника Ньютона. Какой вид взаимодействия тел называют абсолютно неупругим ударом? Приведите примеры. Ответ: Абсолютно неупругий удар — столкновение двух тел, в результате которого тела объединяются, двигаясь дальше как единое целое. Примеры неупругих соударений: столкновение насекомых с лобовым стеклом автомобиля, слипающиеся в воздухе пластилиновые шары, застревающее в вагоне с песком ядро. Какие силы называют диссипативными? Приведите примеры. Ответ: Диссипативные силы — силы, при действии которых на механическую систему её полная механическая энергия убывает (то есть диссипирует), переходя в другие, немеханические формы энергии, например, в теплоту. Пример: сила трения скольжения. Второй уровень На каком этапе эксперимента выполняется закон сохранения импульса? Ответ обоснуйте. Ответ: Закон сохранения импульса выполняется на этапе соударения пули с цилиндром. Т.к мы считаем установку за замкнутую систему тел, в которой импульс пули передается мишени, и она отклоняется MV = (M + m) u На каком этапе эксперимента выполняется закон механической энергии? Ответ обоснуйте. Ответ: Закон сохранения механической энергии выполняется на этапе стрельбы.   Как зависит скорость пули от коэффициента жёсткости пружины пистолета? Ответ обоснуйте. Ответ: Прямо пропорционально. Механическая энергия системы сохраняется, и потенциальная энергия сжатой пружины почти полностью переходит в кинетическую энергию пули. Если геометрические размеры пуль одинаковые, то деформация пружины также будет одинаковой и, следовательно, одинаковой будет сообщаемая пулям кинетическая энергия:  Как смещение маятника зависит от скорости пули? Ответ обоснуйте. Ответ: Чем быстрее движется пуля, тем дальше смещается маятник. По закону сохранения импульса: сумма импульсов до соударения равняется сумме импульсов после. Как смещение маятника зависит от массы пули? Ответ обоснуйте. Ответ: Чем больше вес пули, тем дальше смещается маятник. По закону сохранения импульса: сумма импульсов до соударения равняется сумме импульсов после. Как смещение маятника зависит от длины подвеса? Ответ обоснуйте. Ответ: Чем больше длина подвеса, тем больше период, а следовательно большее смещение маятника. Почему график зависимости скорости V от массы m предлагается строить в координатах  ? Ответ: т.к диапазон масс слишком мал, эта формула увеличивает необходимый диапазон без потери самих значений Т.к теор рабочая формула  Третий уровень Как рассчитать долю кинетической энергии пули, которая израсходована на деформацию пластилина и нагревание тел, взаимодействующих в процессе опыта? Ответ:  Получите рабочую формулу для расчёта скорости пули по величине горизонтального смещения системы маятник-пуля. Ответ:  На основе законов сохранения запишите и обоснуйте систему уравнений для упругого лобового удара пули о маятник. Получите рабочую формулу для скорости пули в этом случае. Ответ: Кинетическая = потенциальной и отсюда высоту |