Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

Podobne dokumenty
Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych

PRACOWNIA FIZYCZNA I

Wyznaczanie krzywej ładowania kondensatora

Badanie ciał na równi pochyłej wyznaczanie współczynnika tarcia statycznego

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Badanie transformatora

Pomiar indukcji pola magnetycznego w szczelinie elektromagnesu

Badanie rozkładu pola magnetycznego przewodników z prądem

Badanie transformatora

Wyznaczanie przyspieszenia ziemskiego za pomocą wahadła prostego

Wyznaczanie modułu sztywności metodą Gaussa

Wyznaczanie współczynnika przewodnictwa

Wyznaczanie składowej poziomej natężenia pola magnetycznego Ziemi za pomocą busoli stycznych

Wyznaczenie współczynnika restytucji

SPRAWDZANIE SŁUSZNOŚCI PRAWA OHMA DLA PRĄDU STAŁEGO

Wyznaczanie momentu magnetycznego obwodu w polu magnetycznym

Wyznaczanie współczynnika sprężystości sprężyn i ich układów

Ćwiczenie M-2 Pomiar przyśpieszenia ziemskiego za pomocą wahadła rewersyjnego Cel ćwiczenia: II. Przyrządy: III. Literatura: IV. Wstęp. l Rys.

Nazwisko i imię: Zespół: Data: Ćwiczenie nr 1: Wahadło fizyczne. opis ruchu drgającego a w szczególności drgań wahadła fizycznego

Badanie transformatora

BADANIE PROCESÓW ŁADOWANIA I ROZŁADOWANIA KONDENSATORA

Badanie rozkładu pola elektrycznego

13 K A T E D R A F I ZYKI S T O S O W AN E J

Badanie zależności temperatury wrzenia wody od ciśnienia

Pomiar oporu elektrycznego za pomocą mostka Wheatstone a

Bierne układy różniczkujące i całkujące typu RC

Ćwiczenie 4 Badanie ładowania i rozładowania kondensatora

Wyznaczanie stosunku e/m elektronu

Ćw. 27. Wyznaczenie elementów L C metoda rezonansu

Ćwiczenie nr 254. Badanie ładowania i rozładowywania kondensatora. Ustawiony prąd ładowania I [ ma ]: t ł [ s ] U ł [ V ] t r [ s ] U r [ V ] ln(u r )

POMIAR TEMPERATURY CURIE FERROMAGNETYKÓW

Ćwiczenie: "Symulacja zderzeń sprężystych i niesprężystych"

BADANIE PROCESÓW ŁADOWANIA I ROZŁADOWANIA KONDENSATORA

Wyznaczanie przenikalności magnetycznej i krzywej histerezy

Ćwiczenie 2 Mostek pojemnościowy Ćwiczenie wraz z instrukcją i konspektem opracowali P.Wisniowski, M.Dąbek

M2. WYZNACZANIE MOMENTU BEZWŁADNOŚCI WAHADŁA OBERBECKA

Pomiar ogniskowych soczewek metodą Bessela

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyny

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

E1. OBWODY PRĄDU STAŁEGO WYZNACZANIE OPORU PRZEWODNIKÓW I SIŁY ELEKTROMOTORYCZNEJ ŹRÓDŁA

Wyznaczanie sił działających na przewodnik z prądem w polu magnetycznym

Pomiar podstawowych wielkości elektrycznych

Podstawy fizyki sezon 2 7. Układy elektryczne RLC

Badanie rozkładu pola elektrycznego

PRAWO OHMA DLA PRĄDU PRZEMIENNEGO

b) Oblicz ten ułamek dla zderzeń z jądrami ołowiu, węgla. Iloraz mas tych jąder do masy neutronu wynosi: 206 dla ołowiu i 12 dla węgla.

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

Badanie własności hallotronu, wyznaczenie stałej Halla (E2)

Fizyka. Program Wykładu. Program Wykładu c.d. Kontakt z prowadzącym zajęcia. Rok akademicki 2013/2014. Wydział Zarządzania i Ekonomii

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów województwa lubuskiego. Schemat punktowania zadań

Wyznaczanie współczynnika załamania światła

Politechnika Gdańska Wydział Elektrotechniki i Automatyki Katedra Inżynierii Systemów Sterowania. Podstawy Automatyki

Drgania relaksacyjne w obwodzie RC

PRZYRZĄDY POMIAROWE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

CZUJNIKI POJEMNOŚCIOWE

Pracownia pomiarów i sterowania Ćwiczenie 4 Badanie ładowania i rozładowywania kondensatora

LABORATORIUM FIZYKI PAŃSTWOWEJ WYŻSZEJ SZKOŁY ZAWODOWEJ W NYSIE

Podstawy fizyki sezon 1 IV. Pęd, zasada zachowania pędu

KONKURS PRZEDMIOTOWY Z FIZYKI dla uczniów gimnazjów. Schemat punktowania zadań

Katedra Elektrotechniki Teoretycznej i Informatyki

Ć W I C Z E N I E N R M-2

Doświadczalne badanie drugiej zasady dynamiki Newtona

Drgania relaksacyjne w obwodzie RC

Fizyka. Program Wykładu. Program Wykładu c.d. Literatura. Rok akademicki 2013/2014

Zakład Dydaktyki Fizyki UMK

Ćwiczenie 11. Moduł Younga

WYMAGANIA EDUKACYJNE FIZYKA ROK SZKOLNY 2017/ ) wyodrębnia z tekstów, tabel, diagramów lub wykresów, rysunków schematycznych

ε (1) ε, R w ε WYZNACZANIE SIŁY ELEKTROMOTOTYCZNEJ METODĄ KOMPENSACYJNĄ

Zasady dynamiki Newtona. Ilość ruchu, stan ruchu danego ciała opisuje pęd

Wykład FIZYKA I. 5. Energia, praca, moc. Dr hab. inż. Władysław Artur Woźniak

MECHANIKA 2. Teoria uderzenia

Ćwiczenie 3 Badanie własności podstawowych liniowych członów automatyki opartych na biernych elementach elektrycznych

Konkurs przedmiotowy z fizyki dla uczniów gimnazjów

Doświadczalne wyznaczanie współczynnika sztywności (sprężystości) sprężyn i współczynnika sztywności zastępczej

FIZYKA. Wstęp cz.2. Dr inż. Zbigniew Szklarski. Katedra Elektroniki, paw. C-1, pok

PLAN REALIZACJI MATERIAŁU NAUCZANIA FIZYKI W GIMNAZJUM WRAZ Z OKREŚLENIEM WYMAGAŃ EDUKACYJNYCH

1 Ćwiczenia wprowadzające

Ćwiczenie 1 Metody pomiarowe i opracowywanie danych doświadczalnych.

Wyznaczanie zależności współczynnika załamania światła od długości fali światła

KONKURS FIZYCZNY DLA UCZNIÓW GIMNAZJÓW WOJEWÓDZTWA MAZOWIECKIEGO

Rys. 1Stanowisko pomiarowe

POLITECHNIKA ŁÓDZKA INSTYTUT FIZYKI. Temperaturowa zależność statycznych i dynamicznych charakterystyk złącza p-n

Zasada zachowania energii

Badanie rozkładu pola elektrycznego

07 K AT E D R A FIZYKI STOSOWA N E J

Ćwiczenie: "Ruch po okręgu"

Pracownia Automatyki i Elektrotechniki Katedry Tworzyw Drzewnych Ćwiczenie 1. Połączenia szeregowe oraz równoległe elementów RC

Przykłady: zderzenia ciał

Łamigłówka. p = mv. p = 2mv. mv = mv + 2mv po. przed. Mur zyskuje pęd, ale jego energia kinetyczna wynosi 0! Jak to jest możliwe?

Wyznaczanie rozmiarów szczelin i przeszkód za pomocą światła laserowego

BADANIE ELEKTRYCZNEGO OBWODU REZONANSOWEGO RLC

MOMENT MAGNETYCZNY W POLU MAGNETYCZNYM

Ćwiczenie 425. Wyznaczanie ciepła właściwego ciał stałych. Woda. Ciało stałe Masa kalorymetru z ciałem stałym m 2 Masa ciała stałego m 0

Wyznaczanie oporu elektrycznego właściwego przewodników

Podstawy fizyki sezon 1 V. Pęd, zasada zachowania pędu, zderzenia

SPRAWDZENIE PRAWA OHMA POMIAR REZYSTANCJI METODĄ TECHNICZNĄ

WOJEWÓDZKI KONKURS PRZEDMIOTOWY z FIZYKI DLA UCZNIÓW DOTYCHCZASOWYCH GIMNAZJÓW ORAZ KLAS DOTYCHCZASOWYCH GIMNAZJÓW 2017/2018 ELIMINACJE SZKOLNE

FIZYKA klasa 1 Liceum Ogólnokształcącego (4 letniego)

Transkrypt:

Ćwiczenie M5 Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych M5.1. Cel ćwiczenia Celem ćwiczenia jest pomiar czasu zderzenia kul stalowych o różnych masach i prędkościach z nieruchomą, ciężką stalową przeszkodą. M5.2. Zagadnienia związane z tematyką ćwiczenia Zasady dynamiki Newtona, siły zachowawcze, energia mechaniczna ciał, zasada zachowania energii, zasada zachowania pędu, masa zredukowana. M5.3. Literatura [1] Halliday D., Resnick R., Walker J.: Podstawy fizyki, cz. 1, PWN, Warszawa. [2] Bobrowski Cz.: Fizyka krótki kurs, WNT, Warszawa. [3] Szczeniowski S.: Fizyka doświadczalna, cz. 1, PWN, Warszawa. [4] Metody wykonywania pomiarów i szacowania niepewności pomiarowych, http://www.mif.pg.gda.pl/index.php?node=mat dla stud v2

136 Ćwiczenie M5 M5.4. Przebieg ćwiczenia i zadania do wykonania Układ doświadczalny Rysunek M5.1 przedstawia zdjęcie układu, z zaznaczonymi podstawowymi elementami zestawu, zaś rysunek M5.2 schemat połączeń elektrycznych: 1 stalowa kula (K), 2 wspornik kuli (W), 3 nieruchoma, ciężka przeszkoda (T) (tzw. tarcza - odcinek szyny kolejowej), 4 kondensator (C) i rezystor (R), 5 woltomierz (V), 6 stabilizowany zasilacz prądu stałego (U o ). Rysunek M5.1. Zdjęcie układu pomiarowego Przebieg doświadczenia Do pomiaru czasu zderzenia metalowych ciał można wykorzystać zjawisko powstania między nimi kontaktu elektrycznego. Dobrą metodą jest zastosowanie układu kondensatora C, naładowanego do napięcia U 0 (rysunek M5.2) i rozładowywanego w czasie zderzenia przez opornik R. Podczas rozładowania, napięcie maleje wykładniczo z szybkością zależną od stałej czasowej RC: U (t) = U 0 e t RC, (M5.1)

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych 137 Rysunek M5.2. Schemat układu pomiarowego gdzie U 0 napięcie w chwili początkowej (t = 0), U(t) napięcie po czasie t, R oporność obwodu, C pojemność obwodu. Kula (K) w początkowej chwili spoczywa na wsporniku (W) zamykając obwód ładowania kondensatora. Kondensator (C) ładuje się do napięcia zasilania U 0. Uwolniona kula zderza się z tarczą (T). W czasie zderzenia kondensator (C) jest zwierany poprzez opornik (R) i częściowo się rozładowuje. Badania można przeprowadzić stosując kule o różnych masach, przy różnych prędkościach zderzenia. Rodzaje kul, ich energie (wysokość punktu startu) i wartość opornika R określa prowadzący ćwiczenie. Przed rozpoczęciem właściwych pomiarów należy określić wysokości h 1 i h 2. Następnie należy zmierzyć za pomocą woltomierza (V) napięcia U 0 naładowanego kondensatora, a następnie napięcia U τ na kondensatorze tuż po zderzeniu. Uwaga: Wszystkie pomiary należy wykonać kilkakrotnie, przy tym samym napięciu zasilania U 0. Zadania do wykonania M5.1. Wyznaczyć czas zderzenia kul z tarczą. M5.2. Oszacować parametry zderzenia. M5.3. Zastanowić się, czy są przesłanki, by przeprowadzić analizę wpływu prędkości i rodzaju materiału na czas zderzenia. Porównać wartości parametru F m z ciężarem kul. M5.4. Zakładając, że siła opóźniająca samochód w czasie zderzenia z drzewem

138 Ćwiczenie M5 jest stała, oszacować przyspieszenie działające na kierowcę oraz czas zderzenia samochodu. Dane: prędkość samochodu tuż przed zderzeniem V 0 = 72 km/h, masa kierowcy m = 100 kg, droga przebyta w przez samochód w czasie zderzenia s = 1 m. Uzupełnienie do zadania M5.1 Czas, podczas którego ciała pozostają w kontakcie, nazywamy czasem zderzenia. Czas zderzenia wyznaczamy ze wzoru: τ = RC ln U 0 U τ (M5.2) wynikającego z wyrażenia (M5.1). Uzupełnienie do zadania M5.2 W czasie zderzenia następuje odkształcenie ciał, a ruch środków mas tych ciał jest ruchem zmiennym. Z pewnym przybliżeniem można założyć, że siła F oddziaływania między ciałami zależy liniowo od względnego przemieszczenia środków mas x. Takie uproszczenie pozwala na obliczenie maksymalnego zbliżenia x m oraz maksymalnej siły działającej w układzie F m : F = kx = µ d2 x dt 2, µ = m 1m 2 m 1 + m 2, (M5.3) (M5.4) x m = τv m π, (M5.5) F m = πµv m, (M5.6) τ gdzie V m względna prędkość ciał przed zderzeniem, τ czas zderzenia, µ masa zredukowana dwóch ciał o masach m 1 i m 2. W przypadku, gdy jedno z ciał posiada dużo większą masę (np. zderzenie ze ścianą, z masywną szyną), masa zredukowana jest masą ciała uderzającego. Prędkość zderzenia należy wyznaczyć na podstawie pomiarów wysokości h 1 i h 2, wykorzystując zasadę zachowania energii: skąd mg (h 2 h 1 ) = mv 2 V = 2g (h 2 h 1 ). 2, (M5.7) (M5.8)

Analiza zderzeń dwóch ciał sprężystych 139 Należy podkreślić, że parametry zderzenia x m i F m są wartościami przybliżonymi, gdyż rzeczywisty przebieg zderzenia ciał jest bardziej złożony. W czasie zderzenia odkształcenia powstające na styku ciał przemieszczają się w całej objętości ze skończoną prędkością, a ich wielkość zależy w istotny sposób od kształtu i własności sprężystych materiału zderzających się ciał. M5.5. Rachunek niepewności Niepewność U 0, U τ, R i C oceniamy w trakcie pomiarów na podstawie zakresu i klasy użytych przyrządów pomiarowych. Niepewność czasu zderzenia i parametrów zderzenia obliczamy jako niepewność wielkości złożonej.