Контрольные вопросы

1. Что такое прямые и косвенные измерения?

2. Какие существуют типы ошибок?

3. Что такое нониус?

4. Как определить точность взвешивания?

5. Что такое плотность вещества?

6. Особенности работы с горизонтальным компаратором.

7. В каких единицах измеряется плотность?

8. Сформулировать закон Архимеда. Что такое выталкивающая сила?

9. Где находится точка приложения выталкивающей силы?

Лабораторная работа № 2 определение скорости пули с помощью баллистического маятника

Цель работы: Использование на практике законов сохранения импульса и механической энергии для измерения скорости пули.

Приборы и принадлежности: Установка ЛКМ 2-1, пули.

Краткие сведения из теории

Скорость поступательного движения пули определяем с помощью баллистического маятника. Он представляет собой открытый с одного конца пустотелый массивный цилиндр, подвешенный на двойном бифилярном подвесе. Внутренняя часть цилиндра заполнена пластилином, чтобы соударение летящего тела (пули), скорость которого нужно измерить, с баллистическим маятником носило неупругий характер. После неупругого соударения тела движутся как единое целое с общей скоростью.

Пуля массой m₁, движущаяся в горизонтальном направлении со скоростью влетает в цилиндр баллистического маятника и застревает в нем. После соударения цилиндр маятника массой m₂ совместно с застрявшей в нем пулей приобретает некоторую скорость . На основании закона сохранения импульса можем записать в векторном виде

и в проекции на ось, совпадающую с направлением движения пули и маятника с пулей,

(1)

Непосредственно после удара система "маятник-застрявшая пуля" обладает кинетической энергией , которая по мере отклонения маятника от вертикального положения превращается в потенциальную энергию . Если пренебречь потерями энергии на трение, то на основании закона сохранения механической энергии получим

(2)

где h – высота подъема центра масс системы "маятник-пуля". Из рисунка следует, что ,

где a – угол отклонения маятника от вертикального положения; l – длина подвеса.

Отсюда ,

Подставляя значение h в (2), получаем

(3)

Подставляя (3) в (1), получаем искомую скорость

(4)

Закон сохранения полной механической энергии

Полная механическая энергия консервативной системы, находящейся в стационарном потенциальном поле, постоянна:

где U_соб – собственная потенциальная энергия системы – это энергия взаимодействия друг с другом всех частиц системы. Она зависит от взаимного расположения частиц системы; U_внеш – внешняя потенциальная энергия системы – сумма потенциальных энергий всех ее частиц, находящихся во внешнем стационарном потенциальном поле; K – кинетическая энергия системы – это сумма кинетических энергий составляющих ее частиц.

Если работа сил стационарного поля над частицей не зависит от пути, пройденного частицей, а зависит только от начального и конечного положения частицы, то такие силы называются консервативными, а поле потенциальным.