Измерения и обработка результатов

4.4.1. Установить первый шарик в нижней части жёлоба так, чтобы его центр находился на расстоянии (5 – 10) мм слева от начала шкалы отсчёта. Эту точку установки не всегда удается фиксировать в опыте постоянной и по этой причине необходимо занести в таблицу 2-1 её положение в виде начальной координаты x₀₁ центра масс первого шарика.

4.4.2. Установить второй шарик в верхней части жёлоба справа. Отметить положение центра масс шарика на шкале в виде расстояния l₀ (значение l₀ будет повторяться в следующих опытах, так что эту величину можно записать один раз).

4.4.3. Отпустить (без толчка) второй шарик и наблюдать за его качением и последующим столкновением с первым шариком в нижней точке спуска.

4.4.4. После столкновения первый и второй шарики начинают катиться влево, поднимаясь по жёлобу вверх, и затем останавливаются. Зафиксировать и занести в таблицу 2-1 отсчёты по шкале в виде координат x₁ и x₂ центров масс первого и второго шариков в моменты их остановок в верхней точке подъёма.

4.4.5. Повторить опыты 10 раз, занося результаты отсчётов по шкале в таблицу 2-1.

Таблица 2-1

Таблица 2-1 содержит результаты прямых измерений. Обработка этих результатов состоит в определении средних значений < x₀₁>, <x₁> и <x₂>, которые следует занести в последнюю графу таблицы 2-1.

Все остальные данные получаются с помощью формул, т. е. являются результатом косвенных измерений. Погрешности измерений вычисляются по отдельному указанию преподавателя. Основные расчёты выполняются для средних значений по формулам, приведённым в разделе "Пояснение к заданию №2".

Вначале следует найти значения высот h₀, h₁ и h₂, используя для этого данные опыта (т. е. значения l₀, <x₁> и <x₂>) и схему установки, имеющуюся в лаборатории.

Вычислить длину пути центра масс l_c при скатывании второго шарика до столкновения с первым по формуле: l_c = l₀ – <x₀₂>, где < x₀₂> = 2r – <x₀₁> – средняя координата центра масс второго шарика в момент столкновения.

Используя уравнение энергетического баланса (21), найти величину w₀. Затем вычислить значения начальных кинетических энергий Т₀₁ и Т₀₂ шариков после столкновения и значения высот h₁^* и h₂^* подъёма шариков по жёлобу при отсутствии потерь механической энергии.

По формулам (24) вычислить работу моментов сопротивления качению, определяющую потери энергии при качении шариков до остановки после столкновения.

Последний результат: соотношение скоростей шариков после столкновения – определяется с помощью формулы (26), куда подставляются значения высот h₁ и h₂, найденные в опыте.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ПРОВЕРКИ (ПРИМЕРНЫЕ)

5.1. Объяснить цель опытов, схему установки и методику выполнения эксперимента.

5.2. Какое механическое движение называется нормальным качением? Условия нормального качения тел.

5.3. Понятие момента сопротивления качению. Работа момента сопротивления качению.

5.4. Уравнения динамики качения по наклонной поверхности.

5.5. Уравнение энергетического баланса при качении тел.

5.6. На каком расстоянии от начальной точки остановится шарик радиусом

r =1см при качении по горизонтальной поверхности с коэффициентом сопротивления качению d = 2×10^-3 см при начальной скорости центра масс V_0c =

=1 м/с и 10 м/с?

5.7. Понятие работы силы. По какой причине работа сил сцепления при нормальном качении тел равна нулю?

5.8. Объяснить, как вычисляется высота подъёма центра масс шарика, если точка его остановки находится на дуге окружности с радиусом R₁, величина которого указана на схеме установки.

5.9. По какой причине столкновения шаров при качении отличаются от столкновений свободно летящих шаров?

5.10. Объяснить результаты опытов Задания №1.

5.11. Объяснить результаты опытов Задания №2.

ЛИТЕРАТУРА

6.1. Д. В. Сивухин. Общий курс физики, т. 1, "Механика". М., Наука, 1974, 519с.

6.2. Н. В. Крагельский, В. С. Щедров. Развитие науки о трении. М., Издание АН СССР, 1956, 235с.

6.3. Н. В. Крагельский, И. Э. Виноградова. Коэффициенты трения. М., Машгиз, 1962.

6.4. К. Джонсон. Механика контактного взаимодействия. М., Мир, 1989.

6.5. Г. В. Дедков. Нанотрибология: экспериментальные факты и теоретические модели. Успехи физических наук, т. 170, №6, 2000, с.585-618.