Kompletny zestaw eksperymentalny: Wahadło balistyczne

Podstawy:

Klasyczną metodą wyznaczania prędkości pocisku jest wystrzelenie go w kierunku masy spoczynkowej, większej niż masa pocisku i zawieszonej jako wahadło. Pocisk wbija się w masę wahadła i waha się wraz z nim. Jest to zderzenie niesprężyste, w trakcie którego pęd pozostaje niezmieniony. Jeśli znane są dane mechaniczne wahadła, możliwe jest wyznaczenie z amplitudy wahadła prędkości jego masy (wliczając masę pocisku) w najniższym punkcie jego wychylenia. Pęd dwóch mas w tej fazie wychylenia musi być zatem równy pędowi pocisku zanim uderzył on w wahadło. Jeśli znane są masy wahadła i pocisku, można obliczyć prędkość pocisku.

Aby móc zastosować powyższą zasadę pomiarową, doświadczenie musi zostać przygotowane w odpowiedni sposób: stalowa kulka zostaje wystrzelona w kierunku masy wahadła z pomocą katapulty sprężynowej. Masa wahadła posiada puste miejsce, w którym umieszczona zostaje stalowa kulka.

Dodatkowo, jeśli dostępne są dwie bramki świetlne i urządzenie służące do pomiaru czasu, możliwe jest przeprowadzenie niezależnego, bezpośredniego pomiaru prędkości początkowej kulki.

Zadania:

• Pomiar amplitudy odchylenia wahadła balistycznego po pochwyceniu stalowej kulki dla trzech możliwych naprężeń urządzenia rzucającego.
• Wyznaczenie, ze zmierzonych amplitud i własności mechanicznych wahadła, początkowych prędkości kulki – za pomocą przybliżonego wzoru (3).
• Wykreślenie zależności prędkości v stalowej kulki od maksymalnego wychylenia φ (0…90°) wahadła według wzoru (3), biorąc pod uwagę szczególnie mechaniczne właściwości doświadczenia.
• Wyznaczenie współczynnika korygującego użytego wahadła f_cor do przetwarzania prędkości, wyznaczonych za pomocą przybliżonego wzoru na dokładne wartości teoretyczne. Korekta wartości prędkości wyznaczonych w Zadaniu 2.
• Jeśli dostępne są dodatkowe urządzenia służące do bezpośredniego pomiaru prędkości początkowej, zmierzymy początkowe prędkości dla trzech możliwych naprężeń urządzenia rzucającego, przeprowadzając za każdym razem 10 pomiarów, a następnie obliczając wartość średnią. Wykreślimy punkty pomiarowe na wykresie z Zadania 3 oraz podamy powody możliwych odchyleń systematycznych od krzywej teoretycznej.

Tematy powiązane:

Energia potencjalna i kinetyczna, energia obrotowa, moment bezwładności, zderzenie niesprężyste, zasada zachowania pędu, moment pędu, pomiar prędkości pocisku.

Skład zestawu: