|
|
Изучение закона сохранения импульсаСтр 1 из 7Следующая ⇒ Цель работы: продемонстрировать справедливость закона сохранения импульса на примере различных видов взаимодействия двух тел.
Для проведения опытов установите скамью с магнитной подвеской строго горизонтально (от этого зависит точность результатов эксперимента). На правом краю скамьи поставьте ограничитель. К универсальному разъему подключите два оптодатчика. Запустите программу L-digit.exe и выберите в меню пункт «Закон сохранения импульса (опыты 1 и 2)». В этой работе измерение интервалов времени двумя оптодатчиками осуществляется независимо и выводится на экран в виде двух диаграмм (разверток), под которыми располагаются цифровые окна. Для того, чтобы правильно установить оптодатчики, запустите процесс измерения
К торцевой поверхности одной из тележек прикрепите шарик из пластилина диаметром 3‑5 мм и поместите эту тележку в средней части скамьи. Флажки на эту тележку не устанавливаются. Другая тележка с двумя флажками (на расстоянии 5 см друг от друга) ставится на левый конец скамьи. При проведении опыта Вам будет необходимо рукой толкнуть эту тележку. Тележка, установленная в центре скамьи, до столкновения покоится. Первый оптодатчик (тот, который соответствует левой половине экрана) устанавливается таким образом, чтобы измерять скорость движущейся тележки непосредственно перед столкновением с покоящейся тележкой. Иными словами, оба флажка должны пройти мимо оптодатчика до того, как тележки соприкоснутся. Второй оптодатчик служит для измерения скорости движения двух тележек после столкновения. Его можно установить в центре скамьи над первоначально покоящейся тележкой. Положение тележек и оптодатчиков перед началом движения показано на рис. 1.
Включите режим измерений, нажав Таблица 1.
Обозначения, принятые в таблице: Dt1 – время движения налетающей тележки мимо первого оптодатчика; Dt2 – время движения тележек мимо второго оптодатчика; v1 = l/Dt1 – скорость налетающей тележки (l – расстояние между флажками); u = l/Dt2 – скорость тележек после столкновения; Р1, Р2 – значения импульса системы до и после столкновения. Далее те же самые измерения проводятся при разных массах тележек. Груз устанавливается сначала на движущуюся тележку, а затем на первоначально покоящуюся. При обработке данных Вы можете предложить учащимся рассчитать скорости движения тележек до столкновения (v1) и после него (u), а также импульс системы. Масса груза равна массе тележки и составляет 0.12 кг. Сопоставление цифр, полученных в двух последних столбцах таблицы, позволяет сделать вывод о сохранении импульса системы в процессе взаимодействия.
Для проведения опыта свяжите из тонкой нити петельку, с помощью которой Вы будете связывать тележки с сжатой между ними пружиной. На каждой из тележек установите по два флажка и разместите тележки в центре скамьи. Оптодатчики установите симметрично по разные стороны от тележек в непосредственной близости от них (рис. 2).
Включите режим измерений и с помощью горящей спички или нагретой проволочки пережгите нить. Тележки разъедутся в разные стороны, а на экране появятся интервалы времени движения каждой из них мимо соответствующего оптодатчика. Внесите полученные данные в таблицу 2 и рассчитайте скорости, приобретенные тележками, и суммарный импульс системы после того, как тележки начали движение. Обратите внимание учащихся на то, что скорости и, соответственно, импульсы тележек имеют разные знаки, т.к. тележки движутся в противоположные стороны. Повторите опыт, а затем увеличьте массу одной из тележек с помощью груза и еще два раза проведите измерения. Чтобы тележка с грузом могла набрать достаточную скорость, максимально сжимайте пружину. После завершения обработки данных предложите учащимся сделать вывод о неизменности (равенстве нулю) импульса системы при отсутствии внешнего воздействия. Таблица 2
Обозначения, принятые в таблице: m1, m2 – массы тележек (m1 = m2 = 0.12 кг); Dt1, Dt2 – время движения тележек мимо оптодатчиков; u1, u2 – скорости движения тележек после пережигания нити; P1, P2 – импульсы движущихся тележек; P=P1+P2 – импульс системы тел после освобождения тележек.
Одно из следствий закона сохранения импульса состоит в том, что если движение двух тел происходит вдоль одной прямой линии, то при их взаимодействии отношение изменений скоростей тел обратно пропорционально отношению их масс. Действительно, записав закон сохранения импульса в скалярной форме m1v1+ m2v2 = m1u1+m2u2, после несложных алгебраических преобразований можно получить: - m2u2 + m2v2 = m1u1 - m1v1 - m2 (u2 - v2) = m1 (u1 - v1) - m2 D v2 = m1 D v1 D v1/ D v2 = - m2/m1, где m1, m2 – массы взаимодействующих тел, v1, v2 – их начальные скорости, u1, u2 – скорости тел после взаимодействия, D v1 = u1 - v1 и D v2 = u2 - v2 – изменение скоростей соответственно первого и второго тела в результате взаимодействия. В данном опыте изучается столкновение двух тележек (одна из них первоначально покоится) и рассчитывается отношение изменений их скоростей в результате удара, после чего полученное значение сопоставляется с отношением масс тележек.
Для проведения опыта скамья устанавливается строго горизонтально, на правом ее конце ставится упор. Одна из тележек помещается на левый край скамьи, другая – примерно в центре. Обе тележки имеют по два флажка на расстоянии 5 см. Пружина на одной из тележек должна быть обращена в сторону другой тележки (рис. 3). Оптодатчик, соответствующий левой развертке на экране компьютера, устанавливается в левой части скамьи таким образом, чтобы оба флажка левой тележки прошли мимо него перед началом взаимодействия тележек. Другой оптодатчик ставится в правой части скамьи и регистрирует скорость второй тележки непосредственно после столкновения (окончания действия пружины). В зависимости от соотношения масс тележек первая тележка после столкновения может остановиться или продолжить движение вперед или назад. В двух последних случаях ее движение будет зарегистрировано одним из оптодатчиков. Выберите в меню лабораторных работ пункт «Закон сохранения импульса (опыт 3)». Включите режим измерения и резко (со скоростью примерно 1 м/с) толкните рукой тележку, стоящую в левой части скамьи. Обратите внимание на движение тележек после столкновения. Данные регистрации скорости движения внесите в таблицу и на их основе рассчитайте отношение изменения скоростей тележек в результате столкновения. Таблица 3
Обозначения, принятые в таблице: D t1, D t2 – интервалы времени, регистрируемые первым и вторым оптодатчиками соответственно; D t3 – интервал времени, измеренный первым или вторым датчиком в зависимости от направления движения налетавшей тележки после столкновения; v1 = l/ D t1, u1 = l/ D t3 – скорости налетавшей тележки до и после столкновения (l – расстояние между флажками); u2 = l/ D t2 – скорость первоначально покоившейся тележки после столкновения; D v1 = u1 - v1 – изменение скорости двигавшейся до удара тележки; D v2 = u2 – изменение скорости покоившейся до удара тележки (u1 = 0). Рекомендуется провести опыт с тележками одинаковой массы три раза, это повысит достоверность результата. После этого установите на одну из тележек груз и повторите эксперименты при разном соотношении масс движущейся и неподвижной тележек. При обработке результатов перед значением скорости налетавшей тележки после столкновения (u1) необходимо ставить знак минус, если направление ее движения в результате столкновения изменилось на противоположное. Анализ полученных результатов сводится к сопоставлению отношения изменения скоростей тележек и отношения их масс.
  ЧТО ПРОИСХОДИТ, КОГДА МЫ ССОРИМСЯ Не понимая различий, существующих между мужчинами и женщинами, очень легко довести дело до ссоры...  Что будет с Землей, если ось ее сместится на 6666 км? Что будет с Землей? - задался я вопросом...  ЧТО И КАК ПИСАЛИ О МОДЕ В ЖУРНАЛАХ НАЧАЛА XX ВЕКА Первый номер журнала «Аполлон» за 1909 г. начинался, по сути, с программного заявления редакции журнала...  Что делает отдел по эксплуатации и сопровождению ИС? Отвечает за сохранность данных (расписания копирования, копирование и пр.)... Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте:
|
и несколько раз перекройте луч в одном из датчиков. Датчик, сигналы которого отображаются в левой половине экрана, расположите на скамье слева по отношению ко второму датчику.
Рис. 1
Рис. 2
Рис. 3
