1. ZAGADNIENIA 2. OPIS ZAGADNIENIA

Transkrypt

1 Zad. M 09 Teat: I PRACOWNIA FIZYCZNA Instytut Fizyi US Badanie zderzeń sprężystych i nieprężystych na torze powietrzny Cel: Doświadczalne potwierdzenie zasady zachowania pędu dla zderzeń jednowyiarowych. Sprawdzenie zgodności wartości prędości wózów po zderzeniach z teorią. Przyrządy: tor powietrzny z duchawą, stoper eletroniczny połączony z fotobraai, ślizgacze (wózi), zderzai do zderzeń sprężystych (z guai, tóre powinny być napięte) i niesprężystych (z plasteliną i grote), przesłony do fotobrae ocowane do ślizgaczy, obciążnii do ślizgaczy, waga, ołówe, iara zwijana, suwiara o długości 50 c.. Zasada zachowania pędu i energii.. Zderzenia sprężyste i niesprężyste. A. Wprowadzenie teoretyczne zderzenia. ZAGADNIENIA. OPIS ZAGADNIENIA wózi tor zderzai Rys.. Scheat przyrządu poiarowego. Do ślizgaczy ocowane są zderzai i przesłony dla poiaru czasu ruchu przez fotobrai, tóre są podłączone do stopera eletronicznego (nie zaznaczonego na rys.) ierzących czas z doładnością 0,0 s (patrz Instrucja stopera). Tor powietrzny słada się z aluiniowego profilu o przeroju prostoątny z nawierconyi otworai, uocowany jest na dwóch podstawach, tóre ożna regulować za poocą śrub ibusowych. Do wytworzenia poduszi powietrznej służy duchawa z rurą łączącą. Duchawa jest zasilana napięcie 30 V z regulację ocy dla wyduchu powietrza. W sład wyposażenia toru wchodzą dwa odpowiednio wyprofilowane ślizgacze, zderzai, przesłony i obciążnii. Z prezentacją zderzeń i innych doświadczeń na znajdujący się w Pracowni torze powietrzny ożna zapoznać się ze strony producenta: (fil: lub Zderzenia cz. Tor pow., T.Sowińsi FUW. Dla naszego przypadu ruchu ślizgaczy na torze powietrzny, zgodnie z zasadą zachowania pędu Δp p pp 0, gdzie ' p v v a p v. p fotobrai v ' Oznaczenia: indes i =, odnosi się do wóza,, zna pri ( ) odnosi się do wartości po zderzeniu a przed zderzenie bez pria; indesy: p początowy, ońcowy. Ponieważ ruch jest prostoliniowy, więc ay jedną sładową pędu. Możey zapisać zasadę zachowania pędu w postaci /5

2 Stąd Δ p 0, gdzie v i = v i v i, i =,. (). () Zate spełnienie zasady zachowania pędu sprowadza się do równości (). Oznaczy przez wartość stosunu as wyznaczona z ważenia wózów z acesoriai; (3) ' wartość stosunu as wózów wyznaczona z zasady zachowania pędu, z (). (4) Oznaczy odległości iędzy parai fotobrae dla poiaru czasu ruchu i-tego wóza przez li, i =,. Zate ' t t' l. (5) t t ' l Uwaga: Wsazane jest taie ustawienie odległości fotobrae aby l = l. Czyli doświadczalne potwierdzenie zasady zachowania pędu w naszy przypadu, zderzeń na torze powietrzny, sprowadza się do sprawdzenia równości: =. Prędości ślizgaczy po zderzeniu wynoszą (ożna obliczyć lub patrz odnośnii literaturowe): a) zderzenia niesprężyste v v v' ; (6) b) zderzenia dosonale sprężyste ' v ) ( v v, (7a) ' v ( ) v v. (7b) Wzory (6) (7) ogą posłużyć do porównania z wartościai otrzyanyi z doświadczenia, sprawdzenia sprężystości zderzeń (obliczenia współczynnia restytucji). B. PRZEBIEG WYKONANIA ĆWICZENIA. Testowanie toru powietrznego: a) Włączay duchawę i ładziey ślizgacz. Sprawdzay czy ślizgacz swobodnie się przesuwa po torze. Utworzona podusza powietrzna powinna zniejszyć do iniu występujące opory ruchu przy inialnej głośności duchawy. Regulacja naduchu powietrza z duchawy jest poprzez obrót porętła na obudowie. UWAGA: Nie ożna przesuwać ślizgaczy jeśli duchawa nie jest włączona i ślizgacze po torze swobodnie się nie przesuwają. b) Wprawianie ślizgacza w ruch ćwiczyy wystrzeliwanie ja z procy poprzez naciąg gue na ońcu toru, należy zachować uiar. Dostosowujey naciąg gue aby uzysać zadawalające (odpowiednie do zderzeń) wartości prędości. Możey też rozpędzić ręcznie należy popchnąć ślizgacz. UWAGA: Należy ta trzyać ślizgacz aby cały czas jego płozy były równoległe do toru /5

3 jezdnego aby nie był przechylony na jedną stronę, również podczas ruchu po obciążeniu ślizgacza. c) Sprawdzay czy tor jest dobrze wypozioowany tj. czy ślizgacz nie zjeżdża na jedną stronę. Jeśli zjeżdża, należy wyregulować ustawienie toru za poocą śrub na tórych opiera się tor (odpowiednio je przeręcając lucze ibusowy). W przypadu potrzeby zwrócić się do prowadzącego zajęcia.. Testujey działanie stopera i fotobrae (patrz instrucja) poprzez ich przesłonięcie artoniie najpierw, a po przetestowaniu artoniie przesłoną ślizgacza przy jego przejeździe. Przełączni ziany trybu pracy w stoperze usi być w pozycji dół. Wówczas licznii stopera górne i dwa dolne wyświetlacze, dla ażdej z par fotobrae, wsazują czas od oentu zasłonięcia zewnętrznej fotobrai do zasłonięcia wewnętrznej (wyświetlacze zewnętrzne) i czasy od oentu zasłonięcia wewnętrznej fotobrai do zasłonięcia zewnętrznej (wyświetlacze wewnętrzne). UWAGI: Po przesłonięciu drugich, wewnętrznych fotobrae, zostają uruchoione licznii wewnętrzne (drugi od góry i drugi od dołu. Jest to wyni działania prograu procesora. Dopiero iedy powtórnie przesłoniy te fotobrai (ślizgacz wraca), liczni się zeruje i poazuje właściwy czas od oentu jego drugiego przesłonienia. Po włączeniu stopera powinny się pojawić na wyswietlaczach 0. Jeśli jest inaczej należy zresetować urządzenie przycisie RESET. 3. Przygotowanie wózów z acesoriai i obciążniai do doświadczeń. a) Sprawdzenie ślizgacze ają ieć przesłony z jednej strony dla zderzaów tego saego typu: dla zderzeń sprężystych zderzai z guai, zderzeń niesprężystych grot i naczyńo z plasteliną. b) Zważenie ślizgaczy raze z dodatowyi acesoriai (zderzai, przesłony) i obciążniai z doładnością do g. Dobrać obciążnii ta aby stosuni as ślizgaczy były z dość dobry przybliżenie równe (ile wartości as ustala prowadzący zajęcia): : ; :,5; : ; :,5; : Zierzyć odległość iędzy fotobraai przyjąć potrzebną doładność. Odległość doładniej zierzyy ustalając położenia ślizgaczy na torze gdy załącza się stoper. Można ołówie deliatnie zaznaczyć resą położenia. Masz do dyspozycji iarę zwijaną i długą suwiarę. 5. ślizgacz wprawiay w ruch, drugi pozostaje w spoczynu: a) obserwujey ruch ślizgaczy po zderzeniu; b) zapisujey czasy ruchu dla przesłonięć fotobrae przez ślizgacze. 6. Oba ślizgacze wprawiay w ruch naprzeciw siebie (wystrzeliwujey ja z procy poprzez naciąg zachować uiar). a) obserwujey ruch ślizgaczy po zderzeniu; b) zapisujey czasy ruchu dla przesłonięć fotobrae przez ślizgacze. 7. Punty 5 i 6 wyonujey dla ilu stosunów as ślizgaczy: : ; :,5; : ; :,5; : 3 zarówno dla zderzeń sprężystych ja i niesprężystych. Poiary wyonujey co najniej 3 razy dla danego stosunu as i różnych wartości początowych szybości. UWAGI: Ile wartości stosunów as ustala prowadzący zajęcia. Badanie zderzeń sprężystych i niesprężystych dla danego stosunu as odbywa się poprzez zaianę iejscai ślizgaczy. Wówczas dla tego saego stosunu as ślizgaczy należy uznać ślizgacz i fotobraę 3/5

4 jao a z nr jao. Zwrócić uwagę na szczególne przypadi zapisane w Tabeli i w iarę ożliwości zrealizować je doświadczalnie. 8. Badanie jaościowe zderzeń sprężystych bez włączonego stopera dla wózów o stosunu as : ; : 3; doładnie obserwujey ruch po wielorotnych zderzeniach ślizgaczy. W iarę swoich ożliwości realizujey wybrane szczególne Z obserwacji sporządzay notatę i zapisujey wniosi. Badanie taie ożey też wyonać dla ule w tzw. ołysce Newtona. Kuli ożey też złączyć za poocą plasteliny jedna należy to zrobić z wyczucie i uiare. UWAGI: Ślizgacz ożey wprawić w ruch z tą saą w przybliżeniu szybością w jedny ierunu po odbiciu pierwszego ślizgacza od zderzaa (zaczepionych gue) na ońcu toru, oba ślizgacze będą iały w przybliżeniu te sae szybości ale przeciwne zwroty. (Wprawianie ślizgacza w ruch z odpowiednią szybością wyaga wprawy i nie należy się stresować jeśli efety nie będą zadowalające). 3. OPRACOWANIE WYNIKÓW POMIARÓW A. Dane i wynii poiarowe przedstawić w postaci tabeli lub innej wg własnej propozycji dla v v v v / v /v t. v /v t. % % % gdzie =, v i t (i =, ) wartości obliczone na podstawie wzorów (6) (7). Uwaga: Cele unaocznienia odchyleń szporządzić wyres / dla wyonanych poiarów. B. Niepewności poiaru Wsazać źródła niepewności poiaru, przeprowadzić analizę niepewności poiaru. Dla doświadczalnego potwierdzenia zasady zachowania pędu równości () =, badań zderzeń na torze powietrzny sorzystać z ryteriu zgodności wyniów poiarów ' u( ) u( ' ). (8) Wartości średnie odnoszą się do stałego stosunu / wartości as ślizgaczy w zderzeniach sprężystych czy niesprężystych. C. Zestawienie wyniów i niepewności poiaru. 4. Doonać dysusji wyniów, porównać otrzyane wartości z wartościai teoretycznyi; zapisać wniosi i uwagi dotyczące doświadczenia. 4/5

5 LITERATURA. Pieara A., Mechania ogólna. Warszawa, PWN 987 wyd. 7 (lub inne), 5, 5.. Wróblewsi A. K., Zarzewsi J. A., Wstęp do fizyi, t.. Warszawa, PWN 984 wyd. (lub inne) rozdz. VI p. 4., Zadanie z OF: Badanie zderzeń stalowych ule Stoper sześcioanałowy Apliacja: Zderzenia wózów na torze powietrzny. (na stronie w załadce zajęcia ). Tabele Odległości iędzy fotobraai, doładność przyrządu poiarego, poiary x. l = l = Masy wózów z acesoriai i przesłonai z doładnością do g. = = Tabela. Dane poiarowe czasów ruchu wózów i prędości 3 Przed Po t t t t s s s s Jeśli wóze jest nieruchoy wpisujey -- co będzie odpowiadać wartości 0 dla v. Tabela. Przypadi szczególne dla zderzeń dosonale sprężystych Przed zderzenie Po zderzeniu v v v v v v,5 v 3 v v + 3v 3,5 3v v v + 4v 4 v v v 5 v v v + v 6 3 v 3v v + 3 v 7 3 v v 0 v 8 v 0 v 0 Zna oznacza zwrot przeciwny do przyjętego za dodatni. Sprawdzić zgodność z wzorai (7) i/lub z apliacją: na stronie w załadce zajęcia. Rozszerzyć tabelę o inne szczególne przypadi wg własnego uznania. 5/5