Лабораторная работа №8
Определение скорости пули методом
баллистического маятника.
Тверь
Определение скорости пули методом
Баллистического маятника.
 |
Приборы и материалы: Установка ФПМ-09, включающая в себя баллистический маятник и электронный блок.
Схема опыта изображена на рис.1. Пуля массой м попадает в мишень B, укреплённую на стержне a1, который вместе с проволокой образуют крутильный маятник. Предположим, что выполняется условие:
1.
 |
Масса маятника М0 значительно превышает массу пули m, т.е. М0>>m.
2. Период колебаний маятника значительно превышает время торможения пули в корпусе маятника(t), т.е. Т>>t.Тогда из закона сохранения момента количества движения, считая удар неупругим, имеем:
 |
где r – расстояние от направления полёта пули до оси вращения маятника; J – момент инерции маятника; w – угловая скорость системы непосредственно после удара.
 |
Для определения w воспользуемся законом сохранения энергии
Т.к. момент инерции и модуль кручения проволоки не указаны в паспорте прибора, предлагается следующий способ нахождения момента инерции J0 маятника (без дополнительных грузов М).
 |  | ||
Воспользуемся формулой для периода колебаний крутильного маятника:
 |  | ||
где R- расстояние от оси вращения до центров подвижных грузов.
Устанавливая грузы на максимальном расстояниях от оси вращения, получим:
 |  | ||
Исключая из этих равенств k, находим:
где R и Т отвечают любому из измерений (как при минимальном, так и при максимальном моментах инерции крутильного маятника.
Порядок выполнения работы.
1. Установить грузы на минимальном расстоянии от оси вращения. Определите Rmin.
2. После прекращения колебаний проверьте, что указатель угла поворота маятника установлен на нулевом значении. При необходимости коррекции обратитесь к преподавателю или лаборанту.
3. Пульки взвесьте на технических весах и определите их массу m.
4. Нажмите клавишу “Сеть”.
5. Отклоните маятник на 25-35 и нажмите клавишу “Сброс”. При этом начнётся отсчёт времени и числа колебаний.
6. При числе колебаний N³9 нажмите клавишу “Стоп”.
7. Снимите отсчёт времени и числа колебаний.
8. Найдите период колебаний Tmin, отвечающий минимальному моменту инерции маятника.
 |
9. Раздвиньте грузы на максимальное расстояние Rmax от оси вращения. Определите Rmax.
10. Определите Tmax.
11. По формуле (3) рассчитайте J0.
12. Выключите электронный блок повторным нажатием клавиши “Сеть”.
13. Установите пульку в “пистолет”.
14. Убедившись, что маятник находится в состоянии покоя, произвести выстрел, для чего одну из подвижных ручек опустить вниз. Определить угол максимального отклонения маятника.
15. Рассчитать скорость пули. Результат опыта считайте не действительным, если пулька не прилипла к мишени.
16. Проведите тот же опыт, установив грузы на минимальном расстоянии от оси вращения.
17. Окончательное значение скорости пульки найдите как среднее арифметическое 6-ти найденных значений.
18. Найдите погрешности dV по той же методике, что и для случайных ошибок прямых измерений.
Контрольные вопросы:
1. Какова основная идея метода измерения скорости пули?
2. Почему систему “маятник-пуля” можно рассматривать как замкнутую?
3. Какие условия должны быть выполнены, чтобы приведённый вывод формулы скорости пули был применим?
4. Можно ли пользоваться приведённой теорией, если удар пули о мишень происходит под углом, отличным от прямого?
5. Выведите формулу (3).
Литература:
1. Савельев И.В. “Курс общей физики” (1973).
2. Стрелков С.П. “Механика” (1973).
3. Лайкин С.З. “Физические основы механики” (1971).