Fizika / 2M

Государственное общеобразовательное учреждение

Высшее профессиональное образование

Дальневосточный государственный университет путей сообщения

Кафедра «Физика»

Определение сил упругости при ударе

Методические указания на выполнение

лабораторной работы

Хабаровск

2007

Тема: Динамика поступательного движения

Цель работы: Определение силы упругости подвеса; определение силы удара.

Приборы и принадлежности: Прибор для исследования соударений, вольтметр, устройство для измерения времени соударений, штангенциркуль.

Краткая теория.

Основными динамическими характеристиками поступательного движения тел являются: масса, импульс тела, сила.

Масса тела – физическая величина, являющаяся одной из основных характеристик материи, определяющая ее инерционные (инертная масса) и гравитационные (гравитационная масса) свойства.

Сила – это векторная величина, являющаяся мерой механического воздействия на тело со стороны других тел или полей, в результате которого, тело приобретает ускорение или изменяет свою форму.

Импульс тела (количество движения) – векторная величина, численно равная произведению массы тела на его скорость, и имеющая направление скорости.

Первый закон Ньютона: всякое тело находится в состоянии покоя или равномерного и прямолинейного движения, если действие на него со стороны других тел скомпенсировано, т.е. равнодействующая сил равна нулю:

Второй закон Ньютона: ускорение, приобретаемое материальной точкой (телом), пропорционально вызывающей его силе, совпадает с нею по направлению и обратно пропорционально массе материальной точки (тела) .

Третий закон Ньютона: два тела взаимодействуют с силами и равными по модулю и противоположными по направлению .

Эти силы приложены к разным материальным точкам (телам), но направлены вдоль одной прямой, всегда действуют парами и являются силами одной природы.

Важным следствием из законов Ньютона является закон сохранения импульса: при взаимодействии тел изолированной системы, суммарный импульс системы остается постоянным .

Кинетической называют энергию движущихся тел. Величина кинетической энергии определяется половиной произведения массы тела на квадрат скорости.

Следовательно, формулу (1.12) можно переписать так:,

работа силы на некотором участке пути равна изменению кинетической энергии тела.

Связь кинетической энергии с импульсом тела (количество движения) дается соотношением или

Кроме кинетической энергии существует еще один вид механической энергии, обусловленной взаимодействием тел или частей одного и того же тела. Эта энергия носит название потенциальной U.

Работа консервативных сил при перемещении тела из одного положения в другое не зависит от формы траектории по которой движется тело. Работа консервативных сил на замкнутом пути равна нулю.

В консервативных системах выполняется закон сохранения энергии механической энергии: в системе тел, между которыми действуют только консервативные силы, полная механическая энергия сохраняется, т.е. не изменяется со временем:

Существует еще один вид систем – диссипативные системы, в которых механическая энергия постепенно уменьшается за счет преобразования в другие (немеханические формы энергии.

Для диссипативных систем справедлив более общий закон сохранения энергии: энергия не возникает из ничего и не исчезает бесследно, энергия передается от одних тел другим и переходит из одной формы в другую в эквивалентных количествах:

N	d	Δd	α2	Δα2	φ	Δφ	φ0	Δφ0
1	22,66	0,11	8,16	0,06	3,40	0,13	2,00	0,13
2	22,42	0,13	8,50	0,28	3,20	0,07	2,20	0,07
3	22,56	0,01	8,00	0,22	3,20	0,07	2,20	0,07
Cp	22,55	0,08	8,22	0,19	3,27	0,09	2,13	0,09

Результаты расчетов

М	V1	V2	t0	Δt	Fy1	Fy2	Fcp
0,0468	0,8373	0,4598	0,51	7,87E-05	0,490	0,446	771,2

Масса шарика: ,

Скорость перед ударом ,

Скорость после удара ,

Свободное время движения ,

Время соударения ,

Энергия перед ударом ,

Энергия после удара ,

Средняя сила удара .

Вывод: В ходе лабораторной работы, я убедился, что сила упругости до удара (), больше, чем после удара (), что говорит о том, что механическая энергия шарика частично перешла в энергию диссипации (рассеялась).