«Экспериментальное подтверждение законов сохранения импульса и энергии в механике»

Цель работы:
1. Продемонстрировать и экспериментально
проверить закон сохранения импульса и закон сохранения энергии.
Задачи:
1. Продемонстрировать справедливость закона сохранения импульса на примере:
а) Неупругое соударение тел
б) Движение тел с нулевым значением импульса
2. Изучить закон сохранения энергии на примере:
а) Упругий удар
б) Сохранения механической энергии в поле силе тяжести.

Содержание.
1. Введение
2. Демонстрационные эксперименты
законов сохранения импульса и энергии
3. Реактивное движение –
практическое применение
законом сохранения импульса
4. Заключение

Введение.
.
+ = ´ + ´ - формула
закона сохранения импульса.
+ = + - формула закона сохранения
полной механической энергии

Закон сохранения импульса
Неупругое соударение тел

Провожу измерение

Обозначения, принятые в таблице:
∆ - время движения налетающей тележки мимо первого оптоэлектрического датчика;
∆ - время движения тележек мимо второго оптоэлектрического датчика;
=l/∆ - скорость налетающей тележки (l- расстояние между флажками);
u=l/∆ - скорость тележек после столкновения;
, - значения импульса системы до и после столкновения.

Движение тел с нулевым значением импульса

Провожу измерение

Обозначения, принятые в таблице:
, - массы тележек ( = = 0.12 кг);
∆ , ∆ - время движения тележек мимо оптоэлектрических датчиков;
, - скорость движения тележек после пережигания нити;
, - импульсы движущихся тележек;
P= + – импульс системы тел после освобождения тележек.

Закон сохранения энергии
Упругий удар

Провожу измерение

∆ , ∆ - интервалы времени, регистрируемые компьютерной измерительной системой. = D/∆ - скорость налетавшего шара до столкновения
= D/∆ - скорость первоначально покоящегося шара после столкновения
T = - кинетическая энергия до столкновения.
T´ = - кинетическая энергия после столкновения.
∆T = T´- T - изменение кинетической энергии в результате взаимодействия шаров.

Сохранение механической энергии в поле силы тяжести

Провожу измерение

Обозначения, принятые в таблице:
u= l/∆t - скорость квадрата, где l – длина стороны квадрата, а ∆t – измеренный интервал времени.
= - средняя скорость
= – кинетическая энергия
= mgh – потенциальная энергия

Реактивное движение
Оборудование Макет ракеты

Обозначим проекцию импульса газов через
, через
Следовательно, 0 = - ;
=
Отсюда видно: корпус ракеты получает такой же по модулю импульс, что и вылетевшие из сопла газы. Далее получаем скорость корпуса:
=
Заключение

Формулу, дающую возможность определить массу топлива, необходимого для сообщения ракете заданной скорости, а также найти максимальную скорость ракеты при заданном запасе топлива, получил К.Э. Циолковский. Для случая движения ракеты без учета влияния силы тяжести формула Циолковского имеет вид: / m = / = /
Анализ формулы Циолковского приводит к выводу, что расход топлива, необходимого для достижения заданной скорости, определяется скоростью истечения газов относительно ракеты.

Законы движения тел переменной массы были исследованы русскими учеными И.В. Мещерским (1859-1935) и К.Э. Циолковским (1857-1935) и нашли широкое применение в
практике расчета движения современных ракет.

Предложение Циолковского, по словам академика С.П. Королева (1907-1966), «открыло дорогу для вылета в космос». Крупнейшим конструктором ракетно – космических систем был академик Сергей Павлович Королев. Под его руководством были осуществлены запуски первых в мире искусственных спутников Земли, Луны и Солнца, первых пилотируемых космических кораблей и первый выход человека из спутника в открытый космос.
4 октября 1957 г. началась космическая эра человечества. В этот день в СССР впервые в мире был осуществлен запуск искусственного спутника Земли. Все радиостанции мира передавали сигналы, идущие с борта первого искусственного спутника.
2 января 1959 г. была запущена автоматическая межпланетная станция «Луна -1»
12 апреля 1961 г. гражданин СССР Ю.А. Гагарин (1934-1968) совершил первый в мире пилотируемый космический полет на корабле – спутнике «Восток». Этот полет навечно вписан в историю мировой космонавтики золотыми буквами.