Determinarea vitezei glonțului

Scopul lucrării: determinarea vitezei gloantei de pușcă de aer într-un mod dinamic și cinematic.

Instrumente și accesorii: stand cu reperare electric pistol cu ​​aer în aparat, pendulul balistică, stroboscop, două sectoare marcate în hard disk, un glonț, un conducător, un raportor.







Acest exercițiu servește drept unul dintre exemplele de utilizare practică a procesului de impact inelastic pentru determinarea vitezelor gloanțelor și proiectilelor utilizând metoda pendulului balistic.

Pendulul balistic este un corp cilindric parțial umplut cu plastilină și suspendat pe o suspensie dublă bifilară, care are o perioadă lungă de oscilație (figura 1).

Folosind un indicator rigid conectat cu pendulul, scala pendulului poate fi fixată din poziția de echilibru.

Când se trage o lovitură, un glonț de plumb lovește pendulul și se blochează în el. Acest proces poate fi descris de legea conservării impulsului sub un impact absolut inelastic:

unde m este masa glonțului, - viteza glonțului, M - masa pendulului balistic, 1 - viteza pendulului și gloanțele după impact.

Având în vedere că masa bulletului este mult mai mică decât pendulul, de la (1) obținem:

Fig. 1. Pendulul balistic.

Viteza pendulului 1 poate fi determinată folosind legea conservării energiei mecanice totale. După ce a primit energie cinetică în momentul impactului, pendulul se va abate de la poziția de echilibru, ridicându-se astfel la o anumită înălțime H.

În poziția extremă, când pendulul se oprește momentan, energia sa potențială este egală cu energia cinetică inițială:

Este dificil să se măsoare înălțimea H direct din cauza dimensiunii sale, dar poate fi exprimată (din triunghiul AOB din Figura 1):

În condițiile experimentale H<

Înlocuind (6) în (4) și (4) în (2), obținem formula calculată:

unde g este accelerația gravitației, L este distanța de la centrul de masă al pendulului până la punctul de suspendare și S este amploarea deviației orizontale a pendulului.

1. Determinați M masa pendulului și masa bulletului m cântând-o pe cântare.

2. Determinați distanța L.

3. Marcați poziția de pornire a pendulului.

4. În timp ce vizează pendulul și respectând tehnica de siguranță, faceți o lovitură și fixați simultan abaterea pendulului S orizontal.

5. Calculați viteza glonțului prin formula (5).

6. Repetați experimentul de la punctele 1-4 de trei ori, adăugând date la tabele.

7. Evaluați eroarea experimentului.

Instalația pentru acest experiment constă într-un arbore acționat de un mecanism electric pe care sunt plasate două discuri din carton sau hârtie cu segmente marcate de alb-negru și amplasate la o anumită distanță l una de cealaltă. Discurile sunt împărțite într-un număr par de sectoare (4 alb și 4 negre) și desenate printr-un singur. Sectoarele servesc pentru determinarea convenabilă a deplasării unghiulare a găurilor perforate de gloanțe și pentru determinarea vitezei de rotație a discurilor prin metoda stroboscopică. La o distanță de 15-20 cm de primul disc din mașină este pistolul fixat. Dacă trageți o pușcă în discurile de odihnă, atunci dacă pistolul este instalat corect, pe ambele discuri găurile vor fi amplasate pe o linie dreaptă paralelă cu axa arborelui.







Dacă trageți discurile rotative, găurile vor fi deplasate. Acest lucru se explică prin faptul că, în timp ce glontele zboară distanța de la primul disc la cel de-al doilea, punctul celui de-al doilea disc, care se află în fața găurii de pe prima, reușește să treacă arcul j. care poate fi măsurată de proiector atunci când discurile sunt aliniate.

Timpul de zbor al glonțului între discuri pentru mișcarea uniformă a glonțului:

unde este viteza glonțului.

Același timp poate fi exprimat în ceea ce privește unghiul de rotație al discurilor cu un unghi j și viteza unghiulară de rotație:

în cazul în care. T este perioada de rotație a discurilor.

Din (8) și (9) găsim viteza glonțului (credem că este la fel și atunci când zburăm de la un pistol și între discuri):

Pentru a determina perioada de rotație a discurilor, folosim o metodă stroboscopică bazată pe iluminare stroboscopică, adică iluminarea prin intermitențe scurte după intervale regulate. Instrumentele care fac posibilă obținerea iluminării stroboscopice se numesc stroboscoape și servesc la observarea și cuantificarea timpului proceselor periodice.

Dacă lumina intermitentă urmează intervalele de timp care coincid exact cu perioada de mișcare a corpului sau multiplii acestuia, corpul pare să se fi oprit.

In aceasta lucrare o unitate de lampă stroboscopică bliț care pot să lumineze intermitent cu o frecvență predeterminată pe scala instrumentului de 10 până la 150 Hz. Dacă trimiteți lampa pe un disc rotativ cu sectoare marcate în sus de alb și negru, puteți alege o lampă de frecvență clipește atunci când un număr de sectoare rămâne aceeași ca și fără lampă și, în același timp, ca și în cazul în care nu se mișcă. În acest sector negru în perioada dintre exploziile de timp să se mute într-un negru sector învecinat (sau alb să se mute în sectorul alb). Aceasta creează iluzia unei imagini înghețate. Dacă încercați să crească frecvența de lumină intermitentă stroboscop, următoarea frecvență la care pentru a obține o imagine statică va fi de două ori mai mare decât prima. Numărul sectoarelor alb-negru se va dubla (explica de ce). Dacă prima frecvență este egală și numărul de sectoare negre (sau albe) este n, atunci viteza de rotație:

unde este frecvența de aprindere a strobului, la care se obține o imagine statică. De exemplu, frecvența strobului este de 28 Hz, la care sectoarele negre sau albe de pe disc par a fi staționare. Prin urmare, frecvența de rotație va fi de 7 Hz, dacă sectoarele negru sau alb din cerc sunt patru. Cunoscând frecvența de rotație, puteți găsi timpul unei revoluții sau unei perioade:

Luând în considerare (12), formula (10) ia forma folosită la calcularea vitezei unui glonț printr-o metodă cinematică:

1. Instalați arborele cu discurile astfel încât sectoarele umbrite în direcția arborelui să se potrivească. Roțile sunt bine fixate. Măsurați distanța dintre discuri.

2. Porniți stroboscopul și motorul, rotind discurile cu sectoare alb-negru. Selectând frecvența luminii intermitente a lămpii stroboscopice, pentru a face ca sectoarele negre să pară staționare. Pentru a face o lovitură.

3. Opriți stroboscopul și motorul, marcați găurile corespunzătoare de pe glisorul de pe spatele discurilor. Înregistrați frecvența intermitentă a lămpii stroboscopice.

4. Faceți cel puțin trei fotografii.

5. Scoateți discurile din arbore și măsurați unghiul de rotație al discului j pentru fiecare fotografie. Pentru a face acest lucru, așezați al doilea disc pe primul, astfel încât sectoarele să coincidă și să mutați punctele marcate de la al doilea disc la primul, să construiți un colț pe puncte și să îl măsurați cu un protractor.

6. Calculați viteza glonțului cu formula (13), găsiți media aritmetică a vitezei.

7. Înregistrați datele din tabel.

8. Evaluați eroarea experimentului.

9. Faceți o concluzie scrisă asupra lucrării.

1. Definirea impactului central elastic și inelastic. Scrieți legile conservării momentului și energiei pentru aceste accidente.

2. Spuneți despre metodele dinamice și cinematice de determinare a vitezei glonțului (cu derivarea formulelor de calcul).

3. Identificați esența metodei stroboscopice de măsurare a timpului pentru procesele periodice care curg rapid.

4. Explicați diferențele dintre rezultate. Ce erori afectează exactitatea experienței?

1. Kittel C. Knight, W. Ruderman, M. Berkeley Curs în fizică. T. 1. M. Science. 1975.

2. Matveev A.N. Mecanica și teoria relativității. M. Școala superioară, 1976.

3. Un ghid pentru exercițiile de laborator în fizică. Ed. L.L.Goldina.

4. Sivukhin D.V. Cursul general al fizicii. Mecanică. M. Science. 1974.







Articole similare

Pagina anterioară

Pagina următoare

Trimiteți-le prietenilor: