Опыт 2.
Сначала щелчком мыши установим тип соударения - "неупругое". Установим массы тележек одинаковыми, равными 3 кг. Скорость первой тележки установим равной 2 м/с, а второй - 1 м/с.
Нажмем кнопку "Старт", а после соударения, когда обе тележки, как одно целое, будут передвигаться вправо, 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 части энергии, перешедшей при ударе в тепло, то увидим, что после удара скорость обеих тележек направлена вправо, в сторону большего импульса p1 до удара, и стала одинаковой, равной 0,5 м/с.
Если теперь уравнять скорости тележек, установив, например, скорость второй тележки равной 2 м/с, то после неупругого удара обе тележки двигаться не будут, так как импульсы тележек до удара были равны.
Промежуточные соударения. На практике мы часто используем столкновения, которые являются промежуточными между абсолютно упругими и абсолютно неупругими. Таковы, например, удары молотка по гвоздю, бойка копра по свае, футболиста по мячу.
Часто при столкновении возникают большие силы. При столкновении смещение частиц в процессе деформации очень мало, поэтому ударяющееся тело за счет кинетической энергии, совершая работу на малом пути, развивает большую силу столкновения.
Если желают ослабить силу удара, то удлиняют путь, на котором действует тело, наносящее удар. Этого достигают, помещая между соударяющими телами третье тело, которое легко деформируется. Для этого служат рессоры, пружинные сиденья в диванах, велосипедах, автомобилях, резиновые камеры и покрышки на колесах автомобилей, солома, стружка, которыми перекладывают посуду, яйца при их перевозке.
В одних случаях удар мы используем для деформации тел, в других - для перемещения тел. Примерами использования удара для деформации являются: ковка, штамповка, отделение угля и руды ударами отбойного молотка. Примерами использования удара для перемещения тел являются: забивание гвоздей, клиньев, свай при строительстве домов, мостов, причалов, плотин.
В технике широко используется не только удар твердых тел, но и удар струи воды. На этом, например, основан гидравлический способ добычи угля, торфа. Сущность его заключается в том, что на разрабатываемый пласт под большим давлением направляется струя воды, которая, обладая большой кинетической энергией, размывает и дробит его. А пульпа - смесь воды и угля или воды и торфа - транспортируется по пульпопроводам к месту сушки угля или торфа.
Перейдем ко второй части лабораторной работы.
2. Контрольное задание.
Теперь вы должны выполнить указанные преподавателем варианты контрольного задания, используя вместо шаров, указанных в задании, тележки компьютерной модели. Условие задачи, исходные данные и результаты измерений необходимо занести в лабораторную тетрадь.
Вариант 1.
Шар массой m1 = 2 кг, движущийся со скоростью v1 = 1,0 м/с, ударяет неподвижный шар массой m2 = 8 кг. Удар прямой, абсолютно упругий.
Каковы будут скорости шаров после удара?
Вариант 2.
Абсолютно упругий шар массой m1 = 1 кг сталкивается с покоящимся упругим шаром большей массы m2. В результате прямого удара шар потерял 36% своей кинетической энергии E1.
Определить массу m2 большего шара.
Вариант 3.
Из двух соударяющихся абсолютно упругих шаров больший шар массой m2 покоится. В результате прямого удара меньший шар массы m1 потерял 3/4 своей кинетической энергии E1.
Определить отношение масс шаров m2/m1.
Вариант 4.
Какую максимальную часть своей кинетической энергии E1 может передать шар массой m1 = 2 кг, сталкиваясь упруго с шаром массой m2 = 6 кг, который до столкновения покоился?
Вариант 5.
Шар массой m1 = 1 кг обладает импульсом p1 = 2 кг∙м/с.
Определить, какой максимальный импульс p2 может передать этот шар, сталкиваясь упруго с шаром массой m2 = 4 кг, который до столкновения покоился.
Вариант 6.
Шар массой m1 = 2 кг, движущийся горизонтально со скоростью v1 = 2,0 м/с, столкнулся с неподвижным шаром массой m2 = 8 кг. Шары абсолютно упругие, удар прямой. Какую долю своей кинетической энергии первый шар передал второму?
Вариант 7.
Шар массой m1 = 2 кг, испытал упругое столкновение с неподвижным шаром массой m2 = 8 кг. Какую относительную часть кинетической энергии потерял налетающий шар, если столкновение лобовое?
Вариант 8.
В результате упругого лобового столкновения шара массой m1 = 1 кг с неподвижным шаром массой m2 оба шара разлетелись в противоположных направлениях с одинаковыми скоростями. Найти массу шара m2.
Вариант 9.
Тележка массой m1 = 10 кг сталкивается с тележкой массой m2 = 4 кг. Скорость первой v1 = 0,1 м/с, второй v2 = 2 м/с.
Найти общую скорость тележек, движущихся без трения, после удара в двух случаях:
а) когда малая тележка нагоняет большую, движущуюся в том же направлении;
б) когда тележки движутся навстречу друг другу.
Удар считать прямым, неупругим.
Вариант 10.
Два неупругих шара массами m1 = 3 кг и m2 = 2 кг движутся со скоростями соответственно v1 = 0,2 м/с и v2 = 2 м/с.
Найти работу A деформации шаров в двух случаях:
а) меньший шар нагоняет больший;
б) шары движутся навстречу друг другу.
Вариант 11.
Шар, движущийся со скоростью v1 = 1,4 м/с, ударяет неподвижный шар.
Определить общую скорость шаров после удара и работу A деформации. Рассмотреть два случая:
а) масса движущегося шара m1 = 2 кг, неподвижного m2 = 8 кг;
б) масса движущегося шара m1 = 8 кг, неподвижного m2 = 2 кг.
Какая доля кинетической энергии E1 движущегося шара расходуется на работу A деформации в первом и втором случаях.
Вариант 12.
Два неупругих шара массами m1 = 2 кг и m2 = 1 кг движутся навстречу со скоростями v1 = 1, 8 м/с и v2 = 0,6 м/с.
Определить:
а) скорости шаров после удара;
б) кинетические энергии шаров до и после удара;
в) энергию E, затраченную на деформацию шаров при ударе.
Удар считать прямым, неупругим.