 |
Определение скорости полета пули
|
|
|
|
С помощью баллистического маятника
Цель работы: Изучение законов сохранения энергии и импульса, экспериментальное определение скорости полета пули.
Приборы и принадлежности: Установка с баллистическим маятником, пружинный пистолет, набор пуль, миллиметровая шкала.
Методика и техника эксперимента
Скорость пули обычно достигает значительной величины (у боевой винтовки около 1000 м/с), поэтому для ее измерения применяют косвенные методы, например, метод баллистического маятника.
Баллистический маятник представляет собой тяжелый цилиндр А, подвешенный на четырех длинных нитях. В маятник в горизонтальном направлении стреляют пулей из пружинного пистолета В. Пуля застревает в пластилине, заполняющем цилиндр, - происходит неупругий удар.
После удара цилиндр с пулей движется поступательно, поднимаясь на высоту h. Его перемещение по горизонтали можно измерить с помощью линейки С с миллиметровой шкалой.
Пружинный пистолет закреплен на неподвижном штативе. Чтобы зарядить пистолет, т.е. сжать пружину, необходимо оттянуть назад ударный
стержень, взявшись за выступ В. Другой рукой необходимо держать ствол А. Стержень оттягивается до щелчка. Это означает, что выступ спуско-
вого устройства вошел в отверстие ствола и удерживает ударный стержень. Затем в дуло пистолета D закладывается пуля. Для выстрела необходимо нажать на курок К.
Рассмотрим процессы, происходящие при работе на экспериментальной установке.
1. Выстрел.
При выстреле выполняется закон сохранения энергии для системы тел “пистолет + пуля”: потенциальная энергия упругой деформации пружины 
превращается в кинетическую энергию пули 
, т.е. 
. Здесь k - жесткость пружины, x - ее деформация, m - масса пули, v - ее скорость сразу после выстрела.
|
|
|
2. Неупругий удар.
На систему тел “пуля + цилиндр” действуют внешние вертикальные силы тяжести и натяжения нитей. Импульсы тел системы как до, так и после удара направлены горизонтально. Обозначив массу цилиндра M, а скорость цилиндра с пулей через u, запишем закон сохранения импульса в виде:
. (1)
Энергия при неупругом ударе не сохраняется, ее изменение связано с работой, направленной на деформацию пластилина, и с увеличением внутренней энергии системы при нагревании.
3. Процесс подъема.
Хотя при подъеме каждая точка цилиндра движется по окружности, тем не менее цилиндр с пулей совершают поступательное движение: все точки системы имеют одинаковые скорости и совершают одинаковые перемещения. Внешние силы натяжения нитей работы не совершают, т.к. их направления перпендикулярны перемещению; силы тяжести являются
потенциальными, поэтому можно применить закон сохранения энергии.
В начальном состоянии цилиндр с пулей обладают кинетической энергией поступательного движения 
, в конечном - потенциальной энергией 
. Следовательно,
, (2)
откуда 
.
Из (1) найдем скорость пули до удара:
. (3)
Выразим высоту подъема цилиндра h через его горизонтальное смещение s. Из рисунка видно, что 
, откуда 
. Учитывая известное тригонометрическое соотношение 
и условие малости угла отклонения a, при котором 
и 
, получаем:
. (4)
Горизонтальное смещение цилиндра равно разности отсчетов, выполненных по миллиметровой шкале 
. После подстановки (4) в (3) получаем расчетную формулу для определения скорости движения пули:
. (5)
Порядок выполнения работы
1. Снять по миллиметровой шкале отсчет начального положения маятника 
.
2. Сжать пружину пистолета, вложить пулю массой m 1 в ствол (на некоторых установках пулю следует дослать до упора карандашом).
|
|
|
3. Нажать спусковое устройство, снять отсчет максимального отклонения a цилиндра при попадании в него пули.
4. Измерения провести 5 раз.
5. Повторить пункты 2-4 с пулей массы m 2.
6. Результаты измерений и погрешности измерительных приборов занести в таблицу.
Таблица измерений
| m, г | М, г | l, м | D l, м | a 0, мм | a, мм | D aси, мм |
7. Произвести математическую обработку результатов измерений, найти по формуле (6) скорости пуль v и их погрешности D v. В данной работе целесообразно применять метод логарифмирования функции.
Контрольные вопросы
1. Дайте определение импульса и момента импульса. В каких единицах они измеряются?
2. Механическая энергия и ее виды. Кинетическая энергия при поступательном и вращательном движении.
3. Сформулируйте законы изменения и сохранения.энергии и импульса.
4. Какие процессы происходят при выполнении физического эксперимента в данной лабораторной работе? Какими законами описываются эти процессы?
5. Выведите расчетную формулу.
Лабораторная работа
|
|
|
