Скачать 100.99 Kb.
|
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уфимский государственный нефтяной технический университет" Филиал УГНТУ в г. Салавате Кафедра "Общенаучные дисциплины" СОГЛАСОВАНО УТВЕРЖДАЮЗав. кафедрой ОНД Зам. директора по учебной работе, доцент______________ Ю.А.Жаринов Г. И. Евдакимов________________________2006 ____________________________2006 Методические указания к лабораторной работе удар шаров - время и сила удара Дисциплина «Физика» СОГЛАСОВАНО РАЗРАБОТАЛ Инженер по охране труда ассистент кафедры ОНД _____________ Г. В. Мангуткина ______________В.Г. Прачкин ___________________ 2006 __________________2006 Салават 2006 Методические указания предназначены для специальностей 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений», 240801 «Машины и аппараты химических производств», 240403 «Химическая технология природных энергоносителей и углеродных материалов». Рассмотрено на заседании кафедры ОНД Протокол №__________ от_____________2006 © Филиал Уфимского государственного нефтяного технического университета в г. Салавате УДАР ШАРОВ – ВРЕМЯ И СИЛА УДАРА Цель работы Экспериментально определить время и силу удара шаров. Оборудование и приборы Лабораторный комплекс ЛКМ-1 (модуль “Удар шаров”, два стальных шара). Краткая теория работы Удар твердых тел – совокупность явлений, возникающих при столкновении движущихся тел. Промежуток времени, в течении которого происходит удар, обычно очень мал (10-3 – 10-6с).Во время удара тела деформируются. В зоне удара возникает так называемые ударные силы, что приводит к значительным изменениям скоростей точек соударяющихся тел. Следствием удара могут быть остаточные деформации, звуковые колебания, нагревание тел, изменение механических свойств их материалов, а при скоростях соударения, больших так называемых критических, наблюдается разрушение тел в месте удара. Характер протекания удара существенно зависит от модуля упругости, твердости, вязкости и других свойств материала соударяющихся тел, размеров и массы тел. Знание времени соударения позволяет производить расчет возникающих при ударе сил, что очень важно при решении многих технических задач. Различают два предельных вида удара: абсолютно упругий и абсолютно неупругий. Если в результате удара механическая энергия не переходит в другие формы энергии, то удар называется упругим. Абсолютно упругих ударов в природе не бывает, так как всегда часть энергии затрачивается на необратимую деформацию тел и увеличение их внутренней энергии. Однако, для некоторых тел, например: стальных шаров, потерями механической энергии можно пренебречь. Если направление движения двух соударяющихся в момент их соприкосновения совпадает с прямой, соединяющей центры шаров, то удар называется центральным. Ниже мы будем рассматривать лишь центральный идеально упругий удар. В качестве меры механического взаимодействия тел при ударе вместо ударной силы Fτ можно использовать ее импульс за время удара, т.е. величину , где - средняя сила удара, τ – время удара. Если количество движения за время удара τ изменяется на конечную величину (mv), то из второго закона динамики Fсрt= (mv) (1) где m – масса одного из соударяющихся тел; v – изменение скорости этого тела, возникающее в результате удара. Описание аппаратуры Модуль “Удар шаров” предназначен для изучения времени столкновения, силы удара и сохранения энергии при центральном ударе шаров из различных материалов. Модуль содержит (рис. 1) панель 2 с двумя шкалами, на которой установлены две оси 6 для подвеса шаров, аретир 4 с зажимным винтом 5 и спусковым устройством 7 и указатель максимального отклонения 3. Подвес шара содержит пружинный держатель 9 и легкий стержень 8 с крючком для подвешивания на оси панели. В держатель вставляется шар. Расстояние центра шара от оси подвеса равно 3001 мм. Параметры шаров: стальной (диаметр 41,2мм, масса 285,5г), алюминиевый (диаметр 41,2мм, масса 101,4г), латунный (диаметр 41,1мм, масса 306,8г). Рисунок 1 Для проведения экспериментов панель монтируется на колонне стойки 1. Аретир отклоняется на заданный угол и слегка зажимается винтом. Подвес шара отклоняется на слегка больший угол, головка спускового устройства поворачивается так, чтобы соединенный с ней штырь расположился горизонтально, после чего держатель шара опускается на этот штырь. Для отпускания шара нужно повернуть головку спускового устройства на 900, стараясь не вызвать колебаний стойки. На таймере высвечивается время удара шаров, который определяется по времени электрического замыкания шаров при ударе. Измерительная система ИСМ – 5. Назначение ИСМ – 5 – много вариантное исследование кинематики и динамики механических систем. Прибор обеспечивает:
Прибор выполнен в виде электронного блока вставленного в каркас комплекса ЛКМ. Органы управления и подключения внешних устройств вынесены на переднюю панель (рис.2). Органы подключения механизмов комплекса и датчиков расположены на верхней панели (рис.3), доступный через окно в верхней плите каркаса установки. Рисунок 2 – Передняя панель ИСМ – 5 Рисунок 3 – Верхняя панель ИСМ – 5 Требуемое разрешение таймера (0,1 мс, 1 мс или 10 мс = 0,01с) устанавливается тумблером “0.1мс/мс/0,01с”. Максимальный измеряемый интервал времени соответственно равен 1, 10 или 100с. На дисплее отображается интервалы времени в миллисекундах (для разрешения 0,1мс и 1мс) или в секундах (для разрешения 0,01с). Требуемое число измерений выставляется тумблером – “ЦИКЛ/ОДНОКР”. “ЦИКЛ” (режим циклический измерений) – система реагирует на все сигналы запуска и остановки секундомера; “ОДНОКР” (режим однократного измерения) – система производит однократное на измерение и после записи первого результата в индикатор не реагирует поступающие сигналы. “1/Т/2” – тумблер парных измерений: положение “1” – регистрируется значение каждого интервала времени (например, продолжительность каждого оборота стола); положение “2” – регистрирует суммарное значение двух последовательных интервалов времени (например, продолжительность двух оборотов стола); среднее положение – “Т” – режим измерения запаздывания. Тумблер “ПРИВОД/ТОРМОЗ” имеет 3 положения: верхнее положение рукоятки (ПРИВОД) – двигатель электроприборов стола подключен к блоку питания; нижнее положение рукоятки (ТОРМОЗ) – стол заторможен встроенным электромагнитным тормозом; среднее положение рукоятки – механизмы стола отключены. При нажатии кнопки “ГОТОВ” схема измерений приводится в состояние готовности к измерениям (это важно лишь при однократных измерениях), и вырабатывается сигнал “Уст.0”, который обнуляет счетчик и индикатор. Отсчет времени начнется при поступлении первого сигнала ПУСК. Порядок выполнения работы
Таблица 1 – Данные измерений и вычислений
Вывод формул В данной лабораторной работе проверяется теоретическая зависимость: (2) где R – радиус шара, v0 – скорость звука в материале шара, v – относительная скорость шаров перед ударом. Шар, отведенный от положения равновесия на угол обладает запасом потенциальной энергии Еn= mgh. Эта энергия к моменту соприкосновения полностью переходит в кинетическую: Eк= (3) (4) Из треугольника, образованного начальным и конечным положением стержня следует откуда где l – длина стержня; h – высота подъема шара. Подставляя h в уравнение (4), получим: (5) Умножив обе части формулы (2) на v1/5 получим: где = const , так как R и v0 неизменны. Таким образом, произведение должно быть одинаково при любых значениях φ. Если первый шар после соударения остается в покое v1= 0, то v=v-v1=-v. Тогда формулу (1) можно переписать в виде (6) Отсюда: (7) При известной массе шаров, среднюю силу удара всегда можно вычислить, зная скорость шара v в момент, непосредственно предшествующий соударению и время соударения τ. Контрольные вопросы
Техника безопасности
Литература
|
Режимы движения жидкости методические указания к лабораторной работе... Режимы движения жидкости: Методические указания к лабораторной работе №6 для студентов всех видов обучения / Составители: А. И. Квашнин,... | Методические указания к выполнению лабораторной работы по дисциплине «Информатика» В этой лабораторной работе мы рассмотрим создание комплексных текстовых документов, содержащих специальные элементы оформления и... | ||
Методические указания к лабораторной работе №3 по дисциплине «Подводная... Порядку оказания медицинской помощи по профилю «хирургия (трансплантация органов и (или) тканей человека)», утвержденному приказом... | Методические указания по лабораторной работе на тему «3D графика» Основными предметами, которые используются при построении и оперировании с 3D-объектами являются линейная алгебра, дискретная математика... | ||
Определение эффективной тепловой мощности электрической сварочной... ... | Методические указания по выполнению лабораторной работы определение... Методические указания по выполнению лабораторной работы «Определение состава природного газа методом газовой хроматографии» | ||
Методические указания к самостоятельной работе (для специальности биохимия) Б 545 Безопасность жизнедеятельности: методические указания к самостоятельной работе [Текст ] / cост. О. А гусейнов. – Красноярск:... | Методические указания к выполнению лабораторной работы №11 для студентов... Технологические процессы машиностроительного производства. Технология конструкционных материалов. Обработка заготовок на фрезерных... | ||
Методические указания по выполнению лабораторной работы определение... Методические указания по выполнению лабораторной работы «Определение серосодержащих соединений в природных и сжиженных газах» | Методические указания к самостоятельной работе Красноярск Человек: основы антропологии: методические указания к самостоятельной работе [Текст ] / cост Е. В. Инжеваткин. – Красноярск: Сибирский... | ||
Методические указания к самостоятельной работе Красноярск Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по специальности «Биохимия» | Методические указания к самостоятельной работе Красноярск Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология» | ||
Методические указания по самостоятельной работе студентов содержат... М 20 Математическое моделирование биотехнологических процессов: Методические указания к самостоятельной работе [Текст] / сост. П.... | Методические указания по самостоятельной работе Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению «Биология», магистерская программа «Микробиология и... | ||
Методические указания по самостоятельной работе красноярск 2011 Разработчик: А. В. Бухаров Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология» | Методические указания по самостоятельной работе Методические указания предназначены для студентов, обучающихся по направлению 020400. 68 «Биология», магистерская программа «Микробиология... |