Контрольные вопросы.

1. Как движется тело, брошенное вертикально вверх (вниз)?

2. Чему равно ускорение тела, брошенного вертикально вверх (вниз)?

3. Каково соотношение между временем подъема и падения тела?

4. По какой траектории движется тело, брошенное горизонтально и под углом к горизонту? На какие более простые движения можно разложить каждое из указанных движений?

5. Что называется дальностью полета и от чего она зависит?

6. В каких точках траектории тело, брошенное под углом к горизонту, имеет наименьшую и наибольшую скорость и ускорение?

Лабораторная работа № 2. Упругие и неупругие соударения.

1. Типы соударений.

Кратковременное взаимодействие тел при встрече называется ударом (столкновением, соударением). В зависимости от упругих свойств вещества тел удары делятся на абсолютно упругие, абсолютно неупругие и промежуточные.

Удар, при котором линия удара проходит через центры тяжести тел, называется центральным. Рассмотрим различные виды ударов.

Абсолютно упругие удары. Соударение, после которого в обоих взаимодействующих телах не остается никаких деформаций и вся кинетическая энергия, которой обладали тела до соударения, после соударения снова полностью превращается в кинетическую энергию, называется абсолютно упругим ударом. Близким к абсолютно упругому удару являются столкновения атомов, тел из стали, резины.

Рассмотрим, как происходит процесс столкновения на примере абсолютно упругого центрального удара двух движущихся навстречу стальных шаров. При столкновении в местах соприкосновения шары деформируются, возникают силы упругости. Сила, возникшая в результате деформации первого шара, направлена против движения второго шара, а сила, действующая со стороны второго шара на первый, направлена против движения первого. Эти силы уменьшают скорости шаров до тех пор, пока они по отношению друг к другу не станут равными нулю. Кинетическая энергия шаров уменьшается до нуля, превращаясь в потенциальную энергию упругой деформации шаров. Затем силы упругой деформации начинают рассталкивать шары, сообщая им ускорения. Скорости возрастают до тех пор, пока они не разойдутся, после чего потенциальная энергия упругой деформации полностью перейдет в кинетическую энергию. При абсолютно упругом ударе тела не нагреваются.

При абсолютно упругом ударе наряду с законом сохранения импульса выполняется закон сохранения механической энергии, то есть в замкнутой системе тел остается неизменным полный импульс системы и её полная механическая энергия.

Опыт 1.

Простым примером абсолютно упругого столкновения может быть центральный удар двух одинаковых бильярдных шаров, один из которых до столкновения находился в состоянии покоя.

В этом случае закон сохранения импульса дает:

mv = mv₁+mv₂ (m₁ = m₂ = m).

Закон сохранения энергии:

mv²/2 = mv₁²/2+mv₂²/2 .

Откуда

v₁= 0; v₂= v.

Следовательно, при центральном столкновении двух абсолютно упругих шаров равной массы, один из которых находился в покое, шары обмениваются скоростями, т.е. ударяющийся шар останавливается, а другой начинает двигаться с его скоростью. Убедимся в этом на опыте. Сначала щелчком мыши установим тип соударения - "упругое". Установим массы тележек одинаковыми, равными 3 кг. Скорость первой тележки установим равной нулю (она покоится), а второй - 2 м/с.

Скорости, направленной слева направо, приписывается положительный знак, а скорости, направленной справа налево – отрицательный.

Нажмем кнопку "Старт", а сразу после соударения нажмем на эту же кнопку, которая изменила название на "Стоп". Если посмотрим на нижнюю табличку, где выведены на момент остановки значения скорости, массы, импульса, кинетической энергии тележек, а также потеря энергии (равная работе, затраченной на деформацию), перешедшая при ударе в тепло, то увидим, что после удара скорость первой тележки стала равной 2 м/с, а вторая остановилась. Если нажмем на кнопку "Старт", то движение тележек продолжится и можно проследить за дальнейшими соударениями этих тележек. Заметим, что столкновения тележек с боковыми стенками являются абсолютно упругими.

Абсолютно неупругий удар. Столкновение двух тел, в результате которого после удара эти тела движутся вместе как одно целое и с общей для них скоростью, называется абсолютно неупругим ударом.

Примером абсолютно неупругого удара является столкновение кусков из мягкой глины, пластилина, прыжок человека на движущуюся лодку, столкновение двух разноименных ионов с образованием молекулы.

При абсолютно неупругом ударе тела не восстанавливают свою прежнюю форму, часть кинетической энергии сталкивающихся тел превращается во внутреннюю энергию, что вызывает их нагревание.

При абсолютно неупругом ударе закон сохранения импульса выполняется, но механическая энергия не сохраняется. Она частично или полностью превращается во внутреннюю энергию тел (нагревание).

Е_к1 + Е_к2 = Е_к12 + Е_тепл

В этом случае выполняется закон сохранения энергии в общем виде: в изолированной системе полная энергия остается постоянной при любых её превращениях.

Если абсолютно неупругие тела двигались навстречу друг другу вдоль одной прямой, то после объединения их в процессе столкновения они будут двигаться в том направлении, куда ранее двигалось тело, имевшее больший импульс. В случае, если импульсы абсолютно упругих тел были равны по величине, то, столкнувшись, тела остановятся. Проверим это на опыте.