Лабораторная работа № 4 Определение скорости полета пули (равномерное движение)
Цель работы: ознакомление с различными методами измерения скоростей.
Приборы и материалы: пневматическое ружье, баллистический маятник, миллиметровая линейка, весы, установка Поля, (электродвигатель с длинным валом), стробоскоп, бумажные диски.
Существует два способа измерения скорости – прямое измерение расстояния и времени, либо определение энергии тела или его импульса и соответствующий расчет скорости.
1. Измерение скорости полета пули кинематическим методом.
Кинематический метод определения скорости движения пули основан на измерении времени, в течение которого пуля пролетает известное расстояние между двумя равномерно вращающимися бумажными дисками. Если угол поворота дисков за время полета пули между ними , а угловая скорость их вращения , то время пролета пули между дисками
Зная расстояние между дисками d и считая движение пули равномерным, легко определить скорость пули из соотношения:
Рис. 9
Если
бы диск не вращался, то пуля пробившая
первый
диск в точке А, пробила бы и второй в
точке А. Но так как диск вращается, то
пуля попадает в точку В. Угол
может быть выражен отношением дуги B’A
к радиусу диска R.
Угловая скорость дисков = 2, где – число оборотов вала двигателя в секунду.
Таким образом скорость вычисляется по формуле:
Установка выполнена в виде горизонтального вала, один из концов которого одет на вал электродвигателя, а второй опирается на подшипник, смонтированный в стойке. На вал одеты два зажима с бумажными дисками. Зажимы с дисками могут перемещаться вдоль вала. Закрепление их на валу производится зажимными винтами. Поворот дисков относительно вала исключается, т.к. зажимы связаны с валом шпонкой. Для смены нужно отвернуть гайку и сдвинуть вал влево. После этого зажимы могут быть легко сняты с вала.
Стробоскопический диск на свободном конце электродвигателя и осветитель с неоновой лампой служат для определения скорости вращения электродвигателя.
Стробоскоп - это контрольно — измерительный прибор для наблюдения быстрых периодических движений и измерения частоты вращения. Действие прибора основано на стробоскопическом эффекте, который состоит в следующем. Если тело, совершающее периодическое движение с периодом Т, освещать короткими вспышками света, следующими друг за другом с периодом Т' (длительность вспышки Т), то при Т = nТ,' где n = 1, 2, 3, ..., тело будет казаться неподвижным. Добившись такого положения и зная период вспышек, можно определить период (частоту) исследуемого движения.
На стробоскопическом диске, установленном на оси двигателя с задней торцевой стороны имеется 10 колеи небольшой ширины с чередующимися черными и белыми секциями.
При освещении диска неоновой лампой его кольца при постепенном изменении скорости будут поочередно казаться неподвижными.
Если К число зачернённых секции кольца, кажущегося неподвижным, то диск совершает
Измерения
Измерьте диаметр бумажного диска миллиметровой линейкой.
Закрепите на оси электромотора диски и измерьте расстояние между ними.
Зарядите ружье и установите его в стойке для крепления ружья так, чтобы ось ствола ружья была параллельна оси двигателя, а линия полета пули пересекала диски на расстоянии 2-3 см от края диска.
Внимание! При работе с ружьем необходимо соблюдать следующие меры предосторожности:
а) заряжать ружье разрешается только непосредственно перед выстрелом;
б) заряженное ружье нельзя даже на короткое время отклонять от цели;
в) перед выстрелом проверить, чтобы рядом работающие студенты не оказались на линии выстрела.
Включите двигатель и дождитесь стабильного вращения вала и дисков.
Включите неоновую лампу добейтесь такого положения, когда одно из колец стробоскопического диска будет выглядеть неподвижным. Посчитайте сколько зачерненных секций имеется у этого кольца и определите частоту вращения вала электромотора.