Контрольные вопросы

1. Сформулируйте цель работы.

2. Что такое импульс материальной точки, системы материальных точек?

3. Сформулируйте законы изменения и сохранения импульса.

4. Что такое энергия? Какие Вы знаете виды механической энергии и их свойства?

5. Какие силы называются потенциальными и диссипативными?

6. Сформулируйте законы изменения и сохранения полной механической энергии.

7. Что такое удар тел? Дайте определение абсолютно упругого и неупругого ударов.

8. Что характеризуют коэффициенты восстановления энергии и скорости?

9. Выведите все расчетные формулы.

10. Как изменяется кинетическая энергия шаров и их относительная скорость при абсолютно упругом, упругом и абсолютно неупругом ударах?

11. Можно ли сказать до опыта как будет влиять скорость ν₁ на величины K_Э, K_С, W_ОД, F_ср?

12. Почему для определения коэффициентов восстановления берут серию опытов?

13. На основании какого физического закона выводится формула для определения силы удара шаров?

14. Сделайте выводы по работе.

5. Проверка закона сохранения механической энергии

с помощью прибора гримзеля

Приборы и принадлежности: прибор Гримзеля, масштабная линейка стальной шарик, полоски белой бумаги, копировальная бумага.

Перед выполнением работы необходимо изучить следующие темы из курса механики: работа силы, потенциальные и непотенциальные силы, механическая энергия, кинетическая энергия, потенциальная энергия, закон изменения механической энергии, закон сохранения механической энергии.

5.1. Описание установки и метода работы

Прибор Гримзеля устроен следующим образом. На горизонтальной доске укреплена вертикальная стойка, которая имеет горизонтальную перекладину N. На двух других вертикальных стойках укреплена металлическая дуга СД, по которой перемещается электромагнит ЭМ. Электромагнит присоединен к аккумулятору. Ток в цепи электромагнита включается и выключается при помощи ключа К. К стойке Б шарнирно прикреплен алюминиевый стержень с медным кольцом на конце. В кольцо вставляется с легким трением шарик. Если кольцо с шариком отвести в сторону в положение А и включить ток, то электромагнит удержит шарик в этом положении. При выключении тока шарик придёт в движение по траектории, обозначенной дугой АВС ^/. Перемещая электромагнит по дуге, можно менять высоту поднятия шарика (рис 5.1).

Рис. 5.1.

Если m – масса шарика, то в точке А шарик обладает потенциальной энергией

, (5.1)

в точке В потенциальной энергией

. (5.2)

На пути АВ потенциальная энергия шарика уменьшилась на величину

. (5.3)

Одновременно шарик приобрел в точке В кинетическую энергию

. (5.4)

Скорость может быть найдена из следующих соображений.

В момент отрыва шарика скорость направлена по горизонтали. Во время полета шарика горизонтальная составляющая его скорости остается неизменной (и равной). Время полёта шарика можно определить по формуле:

. (5.5)

Это время не зависит от скорости шарика в точке В. Таким образом,

(5.6)

и, следовательно, кинетическая энергия шарика в точке В равна

. (5.7)

По закону сохранения механической энергии величина кинетической энергии шарика в точке В равна изменению потенциальной энергии шарика между точками А и В, то есть

. (5.8)

После сокращения на mg равенство (5.8) принимает вид:

. (5.9)

Выполнение равенства (5.8) или равносильного ему равенства (5.9) и требуется проверить экспериментально на приборе Гримзеля.