Главная страница
Навигация по странице:

  • Приборы и принадлежности

  • Основные расчетные формулы Коэффициент восстановления.

    		•

    Лаб работа 12.02.2023. Отчет по лабораторной работе исследование соударения шарика со стенкой


    Скачать 359.14 Kb.
    НазваниеОтчет по лабораторной работе исследование соударения шарика со стенкой
    Дата09.04.2023
    Размер359.14 Kb.
    Формат файлаdocx
    Имя файлаЛаб работа 12.02.2023.docx
    ТипОтчет
    #1048181

    Министерство образования и науки Российской Федерации

    Федеральное государственное бюджетное образовательное

    учреждение высшего образования

    «Кузбасский государственный технический университет

    имени Т. Ф. Горбачева»
    Кафедра физики

    Отчет

    по лабораторной работе №

    «ИССЛЕДОВАНИЕ СОУДАРЕНИЯ ШАРИКА СО СТЕНКОЙ»

    Выполнил ст. группы

    ________________________________

    (Ф.И.О.)

    Преподаватель

    ________________________________

    (Ф.И.О.)
    Дата
    Роспись

    Допуск






    Отчет






    Цель работы: определение коэффициента восстановления, продолжительности удара и средней силы взаимодействия шарика со стенкой

    Приборы и принадлежности: на экране изображена экспериментальная установка. В ней имеется металлическая стенка, об которую может ударяться металлический шарик, подвешенный на тонкой металлической нити

    Схема установки

    Рис.1. Основное окно программы и схема экспериментальной установки

    Основные расчетные формулы

    Коэффициент восстановления. V – скорость шарика до удара; V1 – скорость шарика после удара. Упругие свойства системы удобно характеризовать коэффициентом восстановления

    (2.2)

    Очевидно, , где значения V1 и V соответствуют неупругому и абсолютно упругому удару. Фактически .

    Скорость шарика в работе определяется косвенным образом. Шарик подвешен на длинной нити так, что в положении равновесия соприкасается с плитой.

    При отклонении нити на угол α центр тяжести шарика поднимается на высоту

    (2.3)

    Из закона сохранения механической энергии следует:

    (2.4)

    где V – скорость шарика в нижней точке. Из (2.4) и (2.3) получаем



    или

    (2.5)

    Зная начальный угол отклонения шарика α, можно из (2.5) найти его скорость V в начале соударения. А скорость шарика V1 в конце соударения:

    (2.6)

    где α1 – максимальный угол отклонения после удара. Тогда из (2.5) и (2.6) получаем соотношение для расчета коэффициента восстановления

    (2.7)

    Время соударения. Для определения продолжительности удара в работе используется косвенный метод. Известно, что если заряженный конденсатор емкостью С замкнуть на сопротивление R, то напряжение на нем уменьшается по экспоненциальному закону:

    (2.8)

    где t – время, - начальное напряжение.

    В лабораторной установке замыкание цепи, через которую разряжается конденсатор, происходит при контакте шарика с плитой. В результате напряжение на конденсаторе после удара оказывается меньше, чем до удара. Измерив и можно из (2.8) найти длительность удара

    (2.9)

    Электрическая схема, используемая в работе.



    При замыкании ключа К1 конденсатор С заряжается от батареи Е. Напряжение на конденсаторе измеряется вольтметром V при замыкании ключа К3. Ключ К2 служит для временного замыкания цепи разряда конденсатора. Шарик, подвешенный на металлической нити, при контакте с плитой выполняет роль ключа, замыкающего цепь в течение удара.

    Зная длительность удара t, можно из второго закона Ньютона найти среднюю силу F взаимодействия шарика со стенкой.

    (2.10)

    Учитывая, что , получаем

    (2.11)

    Определение коэффициента восстановления E

    Отклонили шарик на угол α=15°. Затем, освободив шарик, зарегистрировали угол α1 максимального отклонения. Занесли значения углов в таблицу 1. Измерения провели 5 раза.

    Провели опыт для углов α =10° и α =5° для каждого угла сделали 5 измерений(таблица 1).

    Таблица 1. Значения углов.

    №
    α1(α=15o)
    α2(α=10o)
    α3(α=5o)

    1
    7,0
    5,0
    3,0

    2
    7,0
    5,0
    3,0

    3
    6,0
    5,5
    3,5

    4
    8,0
    5,0
    3,0

    5
    7,0
    5,0
    3,5

    Средние
    7,0
    5,1
    3,2

    Рассчитали для каждого из углов коэффициент восстановления E:









    Определение продолжительности удара t

    Отклонили шарик на угол α =15°. Нажав на ключ K1, зарядили конденсатор от источника напряжения. Затем подключили к конденсатору вольтметр, нажав на ключ K3. Измерили начальное напряжение U0 на конденсаторе и отключили вольтметр, выключив K3(см. таблицу 2).

    Подсоединили конденсатор к шарику через проводящую нить, включив ключ K2. После чего освободили шарик.

    Во время удара шарика о стенку происходит постепенный разряд конденсатора. Скорость разряда задаётся значением ёмкости C= и величиной балластного резистора R= (220±0,1) Ом. Сразу после удара ключ K2 автоматически выключится. После этого измерили остаточное напряжение U на конденсаторе и занесли его в таблицу 2. Провели опыт 5 раз для углов 10 и 5.

    Таблица 2.

    №
    Uo, B
    U(α=15o)
    U(α=10o)
    U(α=5o)

    1
    8
    6,8
    6,6
    6,4

    2
    8
    6,7
    6,6
    6,4

    3
    8
    6,8
    6,6
    6,4

    4
    8
    6,7
    6,5
    6,4

    5
    8
    6,8
    6,5
    6,4

    Средние
    8
    6,76
    6,56
    6,4

    Рассчитаем значения t:









    Найдем скорости шарика в нижней точке

    g=9,8м/с2 l=(0,700±0,005)м







    Найдем среднюю силу взаимодействия шарика со стенкой:

    m=(0,02300±0,00002)кг









    Расчет погрешностей E, F, V, t

    Для α=10.

    (1)













    (2) , где











    (3) где









    Вывод: в результате выполнения лабораторной работы, смогли определить с хорошей степенью точности коэффициент восстановления, продолжительность удара и среднею силу взаимодействия шарика со стенкой.

    написать администратору сайта