Прибор для демонстрации закона сохранения импульса

Прибор для демонстрации закона сохранения импульса

Прибор для демонстрации закона сохранения импульса

Цена:|540 руб.|

1. Назначение пособия

Прибор предназначен для использованияв качестве учебного пособия при изучении физикив средней общеобразовательной школе.

2. Краткое описание

Прибор состоит из основания, состоящего из четырех опор, связанных между собой стержнями (6,7) и двух рамок. Образованных вертикальными стойками и горизонтальными стержнями, к которым на нитях подвешены пять шаров равной массы.

ВНИМАНИЕ: Прибор поставляется в разобранном положении (основание и рамки отдельно друг от друга). Для сборки необходимо освободить 4 винта в опорах и вставить в них стойки рамок. После этого винты затянуть. Следует также подтянуть винты в самом основании, если они ослабели при транспортировке. Шарики освободить от защитного бумажного чехла, надетого на них.

3. Порядок работы с прибором и описание физического процесса

В статистическом положении на шары действуют внешние силы: сила тяжести G и силы натяжения нитей N. Сумма внешних сил, действующих на шары, равна нулю: G-N*=0, где N*=2N cos (?/2) - равнодействующая сил натяжения N, ? - угол между нитями.
В начале опыт отклоняют шар 1 на некоторый угол ? и отпускают. Под действием силы G шар 1 приходит в движение и, возвращаясь в первоначальное положение, ударяет по шару 2. В начале удара шар 1 обладает скоростью v1.
Импульс системы шаров в начале удара составит P=m1v1+m2v2+m3v3+m4v4+m5v5 или, так как массы шаров равны, P=m(v1+…v5). Шары 2, 3, 4 и 5 в начальный момент удара находятся в покое, их скорости равны нулю. Тогда P=mv1.
В конце удара система шаров будет иметь импульс P*=m(u1+u2+u3+u4+u5), где u1, … u5 - скорости шаров в конце удара.
Визуально наблюдаем, что после удара шар 1 остановился, скорость шаров 2, 3 и 4 остается нулевой. А шар 5, приобретя скорость u5, придет в движение. Импульс системы в конце удара P*=mu5.
Хотя на систему шаров действуют внешние силы, в течение удара сила тяжести и сила натяжения нитей уравновешены и поэтому к системе шаров применим закон сохранения импульса P=P* следует, что mv1=mu5 и, следовательно, u5=v1, т.е. шар 5 в конце удара приобрел скорость, равную скорости шара 1 в начале удара.
Из закона сохранения энергии следует, что mv12/2=mu52/2, т.е. кинетическая энергия системы шаров в начале удара равна энергии системы в конце удара. Кинетическая энергия системы в начале удара равна потенциальной энергии шара 1 в положении, когда шар находился на высоте H1, т.е. mv12/2=mgH1 (здесь g - ускорение свободного падения). Из этого равенства следует, что v1=?2gH1.
Аналогично можно записать: mu52/2=mgH5, откуда u5=?2gH5. Так как u5=v1, тогда H5=H1.
Сравнивая в опыте высоты отклонения шаров 1 и 5, убеждаемся в равенстве импульсов системы в начале и конце удара.
В реальной системе при соударении происходит деформация шаров, на которую затрачивается часть кинетической энергии. Для описания реального удара вводится понятие "коэффициента восстановления" k=u/v, где v - скорость тела в начале удара, u - скорость тела в конце удара. Для физических тел 0<k<1, т.е. импульс системы в конце удара будет меньше, чем в начале удара.

4. Правила хранения

Хранить прибор следует в сухом помещении с комнатной температурой (15- 25C) при относительной влажности воздуха 80%.