Изменение скорости пули с помощью баллистического маятника

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего  профессионального образования

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИИСЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ

ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Новокузнецкий филиал  
 

Кафедра естественнонаучных и общепрофессиональных дисциплин 
 
 
 

Отчет по лабораторной работе по физике 
 
 
 
 
 
 

   ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ ПУЛИ С ПОМОЩЬЮ  БАЛЛИСТИЧЕСКОГО  МАЯТНИКА 
 
 
 
 

                                      Выполнил _______ М.Ю. Ларионов и

                                      Е.А. Шатунова

                                          (подпись)

                                      студент гр. 5А10НК,  курс  1  , ________

                                                                                                       (дата) 
 

                                      Проверила

                                      преподаватель______ А.Н.Антоненко

                                                                        (подпись)

                                      ______________

                                       (дата) 
 
 
 
 

Новокузнецк, 2011 

Задание: рассчитать скорость пуль, с различными массами. 

Цель  работы: Ознакомится с одним из примеров применения законов сохранения импульса и механической энергии при решении баллистических задач. С помощью баллистического маятника определить скорости пуль с различными массами. 

Приборы и принадлежности: Модульный учебный комплекс МУК-М1: рабочий узел «баллистический маятник», набор пуль с разными массами. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Краткое теоретическое введение: при выстреле из пружинного пистолета пуля попадает в цилиндр, вследствие чего возникает абсолютно неупругий удар. Если зарядить пистолет пулей, то в сжатой при этом пружине будет запасена потенциальная энергия: 

где k – коэффициент упругости, x – деформация пружины.

Из закона сохранения механической энергии следует, что пули различных масс, вылетая из пружинного пистолета, должны иметь одинаковые кинетические энергии:  

где v – скорость пули после выстрела.

Для замкнутой  системы можно применить закон  сохранения импульса:

      , (1) 
 

Закон сохранения механической энергии:

            (2)

где h – наибольшая высота, на которую поднимается маятник (рис.1).

рис. 1 

Слева в этой формуле кинетическая энергия при  поступательном движении маятника сразу  после удара (в этой точке потенциальную  энергию принимаем равной нулю), а справа – потенциальная энергия  системы в момент ее остановки  на высоте h.

Решая совместно (1) и (2) получим

            (3)

Таким образом, найдя значение высоты подъема маятника можно рассчитать скорость полета пули. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Методика  исследования: Практическое измерение высоты подъема маятника затруднительно. Поэтому в лабораторном комплексе МУК–М1 предусмотрено измерение горизонтального смещения маятника s.

Выразим высоту h через соответствующее горизонтальное смещение маятника s, которое удобнее измерять. Предположим, что угол отклонения маятника от положения равновесия α мал. Из рис.2 видно, что

            (4)

где l – длина нити подвеса.

Из (4) получаем

            (5)

Подставляя (5) в (3) получим выражения для вычисления скорости пули перед ударом

            (6)

Выражение (6) позволяет, осуществив прямые измерения смещения маятника s и зная значения остальных величин, входящих в эту рабочую формулу, определить скорость пули путем косвенных измерений. Измерив скорости для пуль с разными массами можно, следовательно, убедиться в справедливости теоретической зависимости скорости пули после выстрела от ее массы: . 

             L=0,4м                       М=260*10^-3кг

 

Описание  экспериментальной  установки: Баллистический маятник представляет собой массивный цилиндр массой М, который подвешен на невесомых и нерастяжимых нитях так, что он может двигаться только поступательно. В цилиндр в горизонтальном направлении производят выстрел пулей массы т из пружинного пистолета, неподвижно закрепленного вблизи маятника (рис.1). Если торцевая стенка цилиндра изготовлена из мягкого и легко деформируемого материала, например, пластилина, то пуля при попадании может испытывать абсолютно неупругий удар. После чего маятник начинает колебаться. 
 
 
 

Проведение  измерений исследуемой  физической величины:

 

_0,048 

   

_0,028   
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Заключение: В данной работе было рассмотрен закон сохранения энергии на примере баллистического маятника. Были получено сведенья о зависимости массы от скорости, т.е. чем меньше масса, тем больше скорость.