prosdo.ru
добавить свой файл
1

Работа 5. Изучение удара шаров о твердую поверхность (9 – 10 класс)

Цель работы


Исследовать преобразования энергии при ударе шаров из разного материала о твердую поверхность.

Теоретические основы работы


Ударом называется такое взаимодействие деформируемых твердых тел, которое происходит в ограниченный промежуток времени.

Если при соударении после удара полностью восстанавливается форма тел, а работа внутренних сил потенциальна, то кинетическая энергия взаимодействующих тел до и после удара должна сохраняться. Такой удар называют абсолютно упругим.

Если после удара тела оказываются деформированными, то удар неупругий (можно говорить о работе внутренних сил трения одних слоев тела о другие и о разогреве тела). Однако даже если форма тела восстановилась, часть механической энергии может перейти во внутреннюю (например, при отскоке резинового мяча от пола может разогреться в воздух в нем), такой удар также будет неупругим, и кинетическая энергия тел после удара окажется меньше, чем после него.

При полете тел в воздухе силы сопротивления воздуха также могут совершать работу, что приводит к уменьшению кинетической энергии тел, поэтому даже если тело движется под действием потенциальной силы тяжести, сумма потенциальной и кинетической энергии в ходе такого полета может не сохраняться.

Оборудование


  • Набор шаров из разных материалов

  • Плоская плита

  • Штатив

  • Датчик расстояния

  • Регистратор данных

  • Карманный компьютер (КПК) и/или ПК


Рис. 1.

Монтаж экспериментальной установки


  1. Закрепите датчик расстояния на высоте 2 м от пола, как показано на рис. 1.
  2. Положите на пол плиту из изучаемого материала.


  3. Подключите датчик.

Установка параметров измерения


  • Частота – 20 замеров в секунду.

  • Длительность – 10 секунд или вручную.

Порядок проведения эксперимента


  1. Подготовьте КПК (или ПК) для проведения опыта.

  2. Проведите пробный эксперимент и предварительную регистрацию данных. Отпускайте мяч после запуска регистрации. Убедитесь в удачном выборе параметров измерений или выберите другие. Помните, что датчик расстояния регистрирует расстояние от него до движущегося объекта, только если это расстояние больше 40 см.

  3. Начните регистрацию данных. Отпустите шар из исследуемого материала, чтобы он свободно падал на плиту.

  4. Сохраните результат эксперимента.

  5. Повторите опыт несколько раз.

  6. Повторите опыт с шарами из других материалов.

  7. Сохраните результаты экспериментов.

Обработка и анализ результатов


  1. Поочередно откройте файлы опытов на КПК или ПК.

  2. Для каждого опыта, используя курсоры на графике, определите значения величин H (от начала движения шара до области смены направления движения) и h (от области смены направления до остановки шара). Занесите их в таблицу.

  3. Для каждого шара, используя опцию дифференцирования графика s(t), определите скорость шара перед ударом и сразу после него . Занесите их в таблицу.

  4. Для каждого опыта рассчитайте потенциальную энергии шара перед началом движения, кинетическую энергию шара перед ударом о плиту и сразу после отскока, а также потенциальную энергию в конце первого подскока.
  5. Рассчитайте, какая доля начальной полной механической энергии шара теряется в ходе полета за счет работы сопротивления воздуха при полете шара вниз и вверх, а какая при ударе о плиту.


  6. Сделайте выводы об упругих свойствах исследуемых шаров на основании потери кинетической энергии при ударе, если это позволяет сделать точность эксперимента.

Вопросы для предварительного опроса и защиты ЛР


  1. Что такое удар? абсолютно упругий удар? неупругий удар?

  2. Что происходит с энергией тел при ударе?

  3. На каких этапах движения может теряться полная механическая энергия шара при его подскоках на полу?

  4. Два одинаковых пластилиновых шара двигаются с одинаковыми скоростями навстречу друг другу. Какой будет их скорость после удара? Какая часть кинетической энергии перейдет во внутреннюю?

  5. Какие величины измеряются при выполнении лабораторной работы?

  6. Какие величины нужно рассчитать при обработке результатов экспериментов?

Отчет


Отчет выполните в виде электронного документа в текстовом редакторе. Он должен содержать:

  • формулировку цели,

  • основные формульные формулировки физических законов, описывающих изучаемое явление,

  • фотографию схему установки для проведения опыта,

  • значения измеряемых величин в виде таблицы,

  • графики зависимости измеряемых величин от времени и результаты их обработки,

  • результаты расчетов,

  • выводы.