Файл: Исследование физических характеристик, сохраняющихся при столкновениях.docx

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 26.04.2024

Просмотров: 5

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

Бланк выполнения лабораторной работы №2
«Упругие и неупругие удары»



Цель работы:

  • Выбор физических моделей для анализа взаимодействия двух тел.

  • Исследование физических характеристик, сохраняющихся при столкновениях.

  • Экспериментальное определение зависимости тепловыделения при неупругом столкновении от соотношения масс при разных скоростях.

  1. Зарисовка модели «Упругие и неупругие соударения»:



Эксперимент 1. Абсолютно упругий удар

  1. Проведем измерения для абсолютно упругого удара тележек и запишем данные в таблицу 2.

Таблица 2

Результаты измерений и расчетов для абсолютно упругого удара

Номер измерения


m2, кг
, м/с
, м/с
, Дж
, Дж

1
1
-1
1
1
1

2
2
-1,7
0,3
1,5
1,535

3
3
-2
0
2
2

4
4
-2,2
-0,2
2,5
2,5

5
5
-2,3
-0,3
3
2,87

6
6
-2,4
-0,4
3,5
3,36

7
7
-2,5
-0,5
4
4

8
8
-2,6
-0,6
4,5
4,82

9
9
-2,6
0,6
5
5

10
10
-2,6
0,6
5,5
5,18




  1. Рассчитаем кинетические энергии системы до и после соударения по формулам



Полученные значения занесем в таблицу 2.

Вывод: При абсолютно упругом ударе сохраняется кинетическая энергия системы, то есть до и после соударения кинетическая энергия тел не изменяется. Это можно видеть из закона сохранения кинетической энергии, который гласит, что суммарная кинетическая энергия системы перед и после соударения равна.

Эксперимент 2. Абсолютно неупругий удар ( )

  1. Вывод формулы для относительной величины тепловой энергии δ при

(Вывод формулы для δ при β=-1)



  1. Проведем измерения и расчет ξ, и для абсолютно неупругого удара тележек при и запишем данные в таблицу 3.

Таблица 3

Результаты измерений и расчетов для абсолютно неупругого удара

Номер измерения


m2, кг
, м/с
, Дж
, Дж




β
ξ

1
1
0
1
0
1
1,00
-1
1,0

2
2
-0,3
1,5
0,135
0,91
0,89
-1
0,5

3
3
-0,5
2
0,5
0,75
0,75
-1
0,3

4
4
-0,6
2,5
0,9
0,64
0,64
-1
0,3

5
5
-0,7
3
1,47
0,51
0,56
-1
0,2

6
6
-0,7
3,5
1,715
0,51
0,49
-1
0,2

7
7
-0,7
4
1,96
0,51
0,44
-1
0,1

8
8
-0,8
4,5
2,88
0,36
0,40
-1
0,1

9
9
-0,8
5
3,2
0,36
0,36
-1
0,1

10
10
-0,8
5,5
3,52
0,36
0,33
-1
0,1

  1. Рассчитаем по формуле



  1. Рассчитаем по выведенной формуле и внесем значения в таблицу 3.

  2. Построим график зависимости δ(ξ).





  1. Вывод. при абсолютно неупругом ударе кинетическая энергия системы тел до соударения не равна кинетической энергии системы тел после соударения. График зависимости δ(ξ) при этом показывает равенство изменения кинетической энергии до и после соударения.


Эксперимент 3. Абсолютно неупругий удар при m1 = m2.

  1. Вывод формулы для относительной величины тепловой энергии δ при m1 = m2

  2. Проведем измерения и расчет β, и для абсолютно неупругого удара тележек при m1 = m2 и запишем данные в таблицу 4.

Таблица 4

Результаты измерений и расчетов для абсолютно неупругого удара

Номер измерения



, м/с
, м/с
, Дж
, Дж




β
ξ

1
0
0,5
0,5
0,25
0,50
0,50
0
1

2
-0,2
0,4
0,52
0,16
0,69
0,69
-0,2
1

3
-0,4
0,3
0,58
0,09
0,84
0,84
-0,4
1

4
-0,6
0,2
0,68
0,04
0,94
0,94
-0,6
1

5
-0,8
0,1
0,82
0,01
0,99
0,99
-0,8
1

6
-1
0
1
0
1,00
1,00
-1
1

7
-1,2
-0,1
1,22
0,01
0,99
0,99
-1,2
1

8
-1,4
-0,2
1,48
0,04
0,97
0,97
-1,4
1

9
-1,6
-0,3
1,78
0,09
0,95
0,95
-1,6
1

10
-1,8
-0,4
2,12
0,16
0,92
0,92
-1,8
1




  1. Рассчитаем по формуле



  1. Рассчитаем по выведенной формуле и внесем значения в таблицу 3.

  2. Построим график зависимости δ(β).


  3. Вывод. При абсолютно неупругом ударе между двумя телами с одинаковой массой (m1 = m2) кинетическая энергия до соударения равна кинетической энергии после соударения. Это происходит из-за того, что в соударении между телами не происходит потери энергии, а вся энергия распределяется между телами в виде их новых скоростей. И так как массы тел одинаковы, то и скорости до и после соударения одинаковы. Также можно заметить, что коэффициент относительной величины тепловой энергии δ равен 1 большую часть времени, что свидетельствует о сохранении кинетической энергии в системе.



Задание :

δ = (1/2) * (m1 * V1^2 - m2 * V2^2)

Где m1 и m2 - массы тел, V1 и V2 - их скорости до соударения,

Если массы тел равны, то можно опустить их из формулы, и получится:

δ = (1/2) * m * (V1^2 - V2^2)

Если скорости тел равны, но противоположны по знаку, то можно опустить их из формулы, и получится:

δ = (m1 - m2) * v^2 / 2

Ответы на вопросы:

  1. Cтолкновение (удар, соударение) есть модель взаимодействия двух тел, у которого длительность равна нулю (мгновенное событие).

  2. 2. Модель столкновения применяется для описания реальных взаимодействий, длительностью которых можно пренебречь в условиях данной задачи.

  1. В данной лабораторной работы пренебрегли: сопротивление среды, деформации при соударениях, трение; не учитываем размер и форму тела, ведя расчёт только для центров тяжести, как для материальных точек;

  1. Абсолютно неупругий удар - это такое столкновение двух тел, после которого форма и размеры тел не восстанавливаются, тела «слипаются» и движутся как одно целое с одной скоростью.

  2. Абсолютно упругий удар - столкновение двух тел, после которого форма и размеры сталкивающихся тел восстанавливаются полностью до состояния, предшествовавшего столкновению. Суммарные импульс и кинетическая энергия системы из двух таких тел сохраняются.

  3. Закон сохранения импульса выполняется при любом столкновении

  4. Суммарный импульс системы тел сохраняется, если сумма всех внешних сил, действующих на систему равна нулю

  5. Да, Закон сохранения импульса можно сформулировать и так: если на тела системы действуют только силы взаимодействия между ними («внутренние силы»), то полный импульс системы тел не изменяется со временем, т.е. сохраняется.

  6. На свободно катящуюся тележку действуют сила тяжести, сила трения и сила инерции. Сила тяжести действует в направлении на Землю, сила трения действует в обратном направлении скорости тележки и обеспечивает ее торможение, а сила инерции действует в направлении движения тележки и обеспечивает ее устойчивость к изменению движения.

  7. Проекция суммарного импульса системы тел на некоторую ось сохраняется, если на систему тел не действуют никакие силы, которые могут изменять импульс системы вдоль этой оси. Это может быть связано с отсутствием сил трения или других внешних сил, которые действуют вдоль данной оси.

  8. Модель стенок, с которыми время от времени сталкиваются тележки, обычно считается абсолютно неупругой. Это означает, что стенка не имеет способности к деформации и все энергия удара передается на тележку, которая отскакивает от стенки с изменением своей кинетической энергии и импульса.

  9. Модель взаимодействия тележки со стенкой обычно может быть описана как абсолютно неупругое взаимодействие. Это означает, что скорость тележки не изменяется после столкновения со стенкой и вся энергия, которая была кинетической энергией тележки до столкновения, превращается в энергию тепла. Это означает, что нет отскока и никакой эластической энергии не со

  10. Кинетической называется часть энергии тела, которая связана с его механическим движением и которая обращается в нуль в отсутствие механического движения тела.

  11. Закон сохранения кинетической энергии выполняется, если столкновение является абсолютно упругим

  12. Суммарная кинетическая энергия системы тел сохраняется, если внешние силы отсутствуют, а внутренние силы взаимодействия являются консервативными.

  13. Потенциальной энергией называется часть энергии тела, определяющаяся его расположением относительно других тел. Она является скалярной характеристикой взаимодействия данного тела с другими телами.

  14. Полной механической энергией называется сумма кинетической и потенциальной энергии тела.

  15. Замкнутая система — это система тел, при данных условиях взаимодействующих только друг с другом и не взаимодействующих с другими телами (равнодействующая внешних сил равна нулю).

  16. Изолированной называется система тел, которая не обменивается энергией с посторонними телами, т.е. на каждое тело системы не действуют внешние силы.

  17. Да, т.к. тележки не взаимодействуют с другими телами и не подвержены внешним силам, следовательно они являются изолированной системой тел.

  18. Тепловая энергия выделяется при неупругом столкновении тел.

  19. Форма тел полностью восстанавливается при абсолютно упругом столкновении.

  20. Форма тел не восстанавливается при неупругом столкновении

Смотрите также файлы