Міністерство освіті і науки України ВДТУ Кафедра Фізики Лабораторна робота № 1 - 5 Тема: Вивчення абсолютно пружного центрального удару куль з допомогою конденсаторного хронометра. Мета роботи: Вивчення закони збереження при абсолютно пружному ударі на прикладі визначення часу удару; середньої сили удару і швидкості кулі в момент удару з допомогою конденсаторного хронометра. Прилади і матеріали: експериментальна установка; штангенциркуль і лінійка. Теоретичні відомості. Центральним називається такий удар куль, при якому вектори швидкості руху куль у момент їх зіткнення лежать на прямій, що сполучає центри куль. Проміжок часу протягом якого відбувається удар, здебільшого дуже малий і складає від 10-4 с до 10- 6 с. При ударі на площинах контакту тіл виникають сили, що одержали назву ударних або миттєвих. Змінюються вони під час удару в широких межах і досягають значень, при яких середня величина тиску (напруги) на площинах контакту досягають значень 109 і навіть 1010 Н/м2. Дія ударних сил викликає значні зміни швидкостей всіх точок тіла протягом удару. Наслідком удару можуть бути також залишкові деформації, звукові коливання, нагрівання тіл та інші, а при швидкостях зіткнення, які переважають критичні значення, - руйнування тіл в місці удару. Критичні швидкості, наприклад, для міді складають біля 15 м/с, а для високоякісної сталі – 150 м/с і більше. Процес удару тіл поділяється на дві фази. Перша – починається з моменту дотикання тіл і продовжується до кінця їх зближення. При цьому частина кінетичної енергії тіл перетворюється в потенціальну енергію деформації. Під час другої фази відбувається зворотній перехід потенціальної енергії пружної деформації в кінетичну енергію тіл. При цьому тіла починають розходитись одне від одного і під кінець другої фази вони рухаються в різних напрямках відносно загального центра мас. Якщо після удару тіла повністю відновлюють свою форму і розміри, а механічна енергія набуває попереднього початкового значення, то удар називають абсолютно пружним. Якщо ж удар закінчується на першій фазі і тіла після удару рухаються як одне ціле, то удар називається абсолютно не пружним. Механічна енергія при цьому не зберігається, частина її перетворюється у внутрішню енергію тіл. При ударі реальних тіл присутні обидві фази, але повного повернення форми тіл, що стикаються, не відбувається, що приводить до зменшення механічної енергії через втрати на залишкову деформацію; нагрівання тіл та інше. Повний опис процесів для двох або більшої кількості тіл, що стикаються, можливий лише в межах динамічних законів, які детально змальовують всі зміни системи з часом. Але може виявитись, що для даної системи тіл рівняння, які випливають з законів динаміки, дуже складні або відсутні відомості про деякі величини, що входять у ці рівняння. У цьому випадку певні висновки про поведінку системи можна зробити, використовуючи закони збереження. Найважливішими законами збереження, що дійсні для будь – яких ізольованих систем, тобто, таких систем, на тіла яких не діють зовнішні сили, є закони збереження енергії, імпульсу, моменту імпульсу та електричного заряду. Зокрема, закон збереження імпульсу формулюється так: імпульс ізольованої системи тіл залишається сталим.
(1) Згадаємо, що імпульс системи визначається як геометрична сума імпульсів окремих тіл, що складають дану систему, а імпульс тіла – це вектор, рівний добутку маси тіла на його швидкість:
(2) Імпульс системи тіл може бути визначений також добутку сумарної маси тіл системи
на швидкість центра мас цієї системи
. Центр мас (центр інерції) – це геометрична точка, що характеризує розподіл маси в тілі чи в механічній системі. Радіус – вектор центра мас визначається співвідношенням:
(3) де mі –маса, а Rі – радіус – вектор i – того тіла. Під час руху механічної системи її центр мас рухається так, як рухалась би матеріальна точка, що має масу, рівну масі системи яка знаходиться під дією всіх зовнішніх сил, п...