Ćwiczenie M3

Ćwiczenie M 3
WYZNACZANIE CZASU TRWANIA ZDERZEŃ ORAZ PARAMETRÓW
DEFORMACJI KUL
Przyrządy:
Woltomierz V-640, dwa zasilacze, suwmiarka, przymiar metrowy.
Metoda pomiaru wg. H. Szydłowski, Pracownia fizyczna, PWN W-wa 1973 /str. 150 – 153/.
Rys. 1
Rys. 2
Kolejność wykonywanych czynności:
1. Zmierzyć średnice obu kul 2R1 i 2R2 oraz obliczyć średnią średnicę 2Rśr
2. Przymiarem metrowym zmierzyć odległość l ( od osi obrotu wahadła do środka kuli) –
powinna być równa dla obu kul (rys.2).
3. Włączyć pierwszą parę elektromagnesów ( wył. I – na statywie z kulami w pozycji 1 ) i
odchylić do nich kule tak, aby zostały przez nie przyciągnięte (dalsza para
elektromagnesów). Przymiarem metrowym zmierzyć odległość d środków odchylonych
kul przed zderzeniem.
4. Zamknąć wyłącznik W ( rys.1 ) - ( przycisk włącznika ) i przez chwilę ładować
kondensator do napięcia ok. 14,7V.
5. Otworzyć wyłącznik W - (zwolnić przycisk włącznika ) i odczekać aż napięcie na
kondensatorze mierzone przy pomocy woltomierza spadnie do określonej wartości np.
14,5V - napięcie U0 .
6. Zwolnić kule ustawiając wył.I w pozycji 0 i jednocześnie ustawić wył.II w pozycję 1
(przeciwne ustawienia wyłączników) tak, aby kule po zderzeniu ponownie zostały
przyciągnięte tym razem przez drugą (bliższą) parę elektromagnesów.
7. Odczytać z woltomierza wartość napięcia U na kondensatorze.
8. Pomiary napięcia na kondensatorze przed i po zderzeniu kul przeprowadzić dla 10 prób.
Wyniki wszystkich pomiarów umieścić w tabeli I i tab.II .
Tab.I
U0
U
[V] [V]
Uśr
[V]
Tab.II
2R1 2R2
[m] [m]
2Rśr
[m]
l
[m]
d
[m]
h
v0
t
[ m ] [m/s ] [ s ]
H
[m]
r
m
Fn
E
[ m ] [ kg ] [ N ] N/m2
9. Obliczyć wysokość h ( rys.2 ) kul przed zderzeniem ze wzoru
h=l-
 d − 2 Rśr 
l −

2


2
2
(1)
oraz prędkość v0 kuli przed zderzeniem ze wzoru
v0 = 2 gh
(2)
a także błędy ∆ h i ∆ v0 metodą różniczki zupełnej.
10. Obliczyć wartość średnią U a także błąd średni kwadratowy średniej arytmetycznej tej
wielkości.
Z uzyskanego wyniku obliczyć ½ czasu trwania zderzenia ze wzoru
t=
U
1
R z C ln 0
2
U Sr
(3)
gdzie Rz = 22,0 Ω ; C = 20,0 µF
a także błąd metodą różniczki zupełnej.
11. Obliczyć wysokość H czaszy kuli tej, która podlega wgnieceniu do wnętrza kuli podczas
zderzenia , ze wzoru
H=
v0 t
2
oraz jej promień r ze wzoru
r = 2 R śr H
a także błędy ∆H i ∆r metodą różniczki zupełnej.
12. Obliczyć masę kuli ze wzoru
(4)
(5 )
m=
1
π (2 Rśr ) 3 ρ Fe
6
gdzie ρ Fe = 7,85.103 [ kg/m3 ]
(6)
13. Obliczyć maksymalną siłę nacisku Fn ze wzoru
mv0
Fn =
H
2
(7)
Fn
rH
a także przeprowadzić dyskusję tych wielkości.
oraz moduł Younga ze wzoru
E = 0,699
(8)
Wymagania:
- zderzenia sprężyste i niesprężyste, prawo zachowania energii i pędu w zderzeniach,
zderzenia centralne [ 2, 5, 9 ]
- teoria rozładowania kondensatora
[ 1, 3 ]