Закони збереження у механіці
Закони збереження у механіці. Вивчення центрального зіткнення куль - Методичні вказівки, розділ Механіка, Методичні вказівки до лабораторних робіт з механіки Мета Роботи: Вивчення законів пружного і непружного зіткнення куль.
Мета роботи:вивчення законів пружного та непружного зіткнення куль.
Прилади та приладдя:установка для вивчення зіткнення куль, набір куль, випрямляч або трансформатор для живлення електромагніту.
У фізиці під зіткненням (співдаренням) розуміють будь-яку короткочасну взаємодію тіл: зіткнення молекул і атомів один з одним, нейтрону та протона з ядром атома, елементарних частинок один з одним. Взаємодія здійснюється з допомогою сил різної фізичної природи (електричних, ядерних тощо.).
У окремому випадку під зіткненням розуміється явище, коли під час зустрічі тіла безпосередньо торкаються одне одного.
У роботі вивчається центральне зіткнення куль. Зіткнення називаєтьсяцентральним, якщо вектори швидкостей куль до удару спрямовані прямою, що проходить через їх центри.
Залежно від пружних властивостей тіл зіткнення можуть протікати по-різному. Виділяють два крайні випадки: абсолютно пружний і абсолютно пружний удари.
Абсолютно пружнимназивається таке зіткнення, при якому механічна енергія тіл, що зіштовхуються, зберігається.
Процес абсолютно пружного зіткнення можна розділити на два етапи: від моменту початку дотику куль до їх максимального стиснення і від цього моменту до припинення дотику.
На першому етапі, доки деформація куль зростає, накопичується потенційна енергія деформації.за рахунок втрат кінетичної енергії зіткнення куль. На другому етапі деформація зменшується, і потенційна енергія знову перетворюється на кінетичну. Таким чином, при абсолютно пружному зіткненні кінетична енергія куль до удару повинна дорівнювати їх кінетичній енергії після удару.
Абсолютно непружнийудар характеризується тим, що потенційна енергія деформації не виникає. Кінетична енергія тіл повністю або частково перетворюється на внутрішню енергію. Після удару тіла, що зіткнулися, або рухаються з однаковою швидкістю, або спочивають.
При абсолютно непружному зіткненні виконується лише закон збереження імпульсу, закон збереження механічної енергії не виконується (зберігається сумарна енергія – механічна і внутрішня).
Абсолютно пружні та непружні зіткнення – це ідеальні випадки. Насправді вони можуть бути реалізовані лише з певним ступенем наближення.
У загальному випадку, швидкості куль до і після зіткнення пов'язані законами збереження імпульсу та енергії:
деm1іm2- маси куль, і - швидкості куль до зіткнення, і - швидкості куль після зіткнення,Q- енергія, що перейшла у внутрішню енергію куль.
У разі абсолютно пружного зіткненняQ=0, а для абсолютно пружного зіткнення =.
Введемо критерій пружності зіткнення як відношення кінетичної енергії системи куль, що стикаються після і до удару
та назвемо його енергетичним коефіцієнтом відновлення.
Для абсолютно пружного зіткнення енергетичний коефіцієнт відновлення =1. У разі абсолютно непружного удару при =) - і. Обчисліть відношення мас та енергетичний коефіцієнт відновлення за формулою (3), використовуючи , та . Встановіть тип зіткнення, порівнюючиекспериментальні значення з теоретичним значенням для абсолютно пружного (=1) і абсолютно непружного зіткнень по (2). Дані заносите до протоколу випробувань №1.