Баллистический маятник

Принцип

Классический способ определения скорости снаряда: снаряд выстреливает в подвешенное на маятнике покоящееся тело, масса которого больше массы самого снаряда. Снаряд, столкнувшись с телом, остается в нем и колеблется вместе с подвешенным телом. Данное столкновение называется неупругим, при нем импульс остается неизменным. Если известны характеристики маятника, можно рассчитать скорость тела на маятнике (учитывая массу снаряда в нем) в самой низкой точке колебания маятника, зная амплитуду колебаний. Таким образом, импульс двух тел в данной фазе колебания должен равняться импульсу снаряда до удара о маятник. Зная массу маятника и снаряда, можно вычислить скорость снаряда. Для безопасности измерения используется следующая установка: стальной шарик вылетает из пружинной катапульты и попадает в отверстие в теле, подвешенном на маятнике. Если в наличии имеются два световых барьера и прибор для измерения времени, можно непосредственно измерить начальную скорость шарика.

Задачи:

Цель: Измерить амплитуду колебания баллистического маятника после захвата шарика для трех возможных энергий натяжения стреляющего устройства. Рассчитать начальные скорости шарика на основе измеренных значений амплитуд и свойства маятника. Построить график зависимости скорости v стального шарика от максимального угла отклонения (0…90°) маятника, учитывая особые механические условия эксперимента. Определить поправочный коэффициент f cor для данного маятника для преобразования значений скоростей, определенных при помощи формулы, в табличные значения. Провести коррекцию значений скорости из Цели 2. При наличии дополнительных приборов для непосредственного измерения начальной скорости измерить начальные скорости, соответствующие трем фазам натяжения стреляющего устройства, проведя 10 измерений с последующим расчетом среднего значения. Построить график на основе полученных значений в системе координат из Цели 3. Объяснить причину возможных систематических отклонений от кривой, построенной на основе теоретических значений.

Основные термины:

• Потенциальная и кинетическая энергия
• Вращательная энергия
• Момент инерции
• Неупругое столкновение
• Принцип сохранения импульса
• Угловой момент
• Измерение скорости снаряда