Шаблон отчета по лабам-2. Содержание конспекта отчета по лабораторной работе

Финкеля Виктора Моисеевича


по лабораторной работе № 1 МЕХ
«__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________»
Выполнил ст. группы ________

____________________________

(Фамилия, инициалы)

Преподаватель

д-р. техн. наук, доцент Романов Д.А.

(Фамилия, инициалы)


Содержание конспекта отчета

по лабораторной работе

(выполняется от руки или

в печатном виде на формате А5)


Титульный лист по образцу.

Цель, задачи лабораторной работы.

Приборы и принадлежности.

Схема или рисунок установки (с надписью и пояснением всех входящих в схему элементов), а также рисунки, поясняющие вывод рабочих формул.

Основные расчетные формулы, с обязательным пояснением величин, входящих в формулу.

Таблицы.

Примеры расчета.

Графики и диаграммы.

Выводы (заключение) по лабораторной работе обязателен.


Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Сибирский государственный индустриальный университет»

Кафедра естественнонаучных дисциплин имени профессораФинкеля Виктора Моисеевича

по лабораторной работе № 5 фм
«Определение скорости полета пули И ПОТЕРИ
МЕХАНИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ при НЕупругом
взаимодействии В системЕ «пуля – стержень»
на основе изучения законов сохранения

в механике»Выполнил ст. группы ______

___________________________

(Фамилия, инициалы)

Преподаватель

____________________________

(Фамилия, инициалы)

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Рассмотрим физический маятник, который представляет собой твердое тело в виде стрежня массой mM.О, не проходящей через его центр масс С. В этот маятник после выстрела из пружинного пистолета попадает пуля массой mПl1.

Скорость полета пули можно определить, пользуясь законами сохранения момента импульса и механической энергии.

Моментом импульса материальной точки О называется векторная величина, определяемая векторным произведением радиус – вектора Численное значение момента импульса определяется как

Моментом импульса тела относительно оси вращения называется величина где Закон сохранения момента импульса: в замкнутой системе тел момент импульса есть величина постоянная:Воспользуемся законом сохранения момента импульса системы «пуля – стержень», которую можно считать замкнутой в момент удара, так как при соударении возникают большие внутренние силы взаимодействия, много превышающие внешние силы. В условиях опыта сохраняется проекция момента импульса системы на ось Z, совпадающей с направлением вектора углового перемещения стержня при его отклонении от вертикального положения

(1)
где В уравнении (1) учтено то, что до удара стержень неподвижен. Считая пулю материальной точкой, запишем ее проекцию момента импульса:

где mП – масса пули;

v – скорость пули до соударения с маятником;

l1 – расстояние от центра вращения до точки соударения пули с маятником.

Сразу после неупругого удара пуля вместе со стержнем будет двигаться с угловой скоростью . Тогда сумма моментов импульса пули и стержня равна

Iм
ω – угловая скорость вращения маятника.

С учетом (2) и (3) получим уравнение для скорости пули:

Пренебрегая силой сопротивления воздуха и силой трения на оси вращения стержня, определим угловую скорость сразу после удара с помощью закона сохранения механической энергии:

где В этом выражении каждый из членов равен

(7)

(8)

где h – высота подъема центра масс системы в момент максимального отклонения от положения равновесия на угол ,

Связь между углом  и h имеет вид:

где lC
Формула (9) получена в предположении, что масса пули много меньше массы стержня, а, значит, пуля мало влияет на положение центра масс.

Подставляя (6), (7), (8), (9) в (5) получим

(10)

Отсюда получим формулу угловой скорости:

(11)

Подставляя (11) в (4) получаем рабочую формулу для определения скорости полета пули по углу отклонения маятника:

Учитывая кинетическую энергию пули, вылетающую из пружинного пистолета с начальной скоростью v,до удара о стержень, запишем закон сохранения энергии, а также закон сохранения момента импульса системы (1) «пуля – стержень», пренебрегая потенциальной энергией системы в момент удара

где Из системы уравнений (13) определим потери механической энергии Q в результате неупругого удара пули о стержень:

где IM
v – скорость пули, определяемая по формуле (12),

ω – угловая скорость маятника, определяемая по формуле (11),


ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

Цель работы: на основании законов сохранения момента импульса и механической энергии определить скорость полета пули и потерю механической энергии при неупругом ударе в замкнутой системе «пуля – стержень».

Задачи работы:
Изучить понятие замкнутой системы, закон сохранения момента импульса и полной механической энергии при упругом и неупругом взаимодействии тел.

Экспериментально измерить период колебаний маятника (T) после взаимодействия с пулями разных масс.

Расчетным путем определить момент инерции стержня (I).

Определить скорость полета пули (v) и потерю механической энергии (Q) при неупругом взаимодействии тел.

На основе измерений угла отклонения, периода колебаний системы «пуля–маятник» и момента инерции маятника получить значение скорости полета пули и построить график зависимости в координатах «v – ».
Ход работы
Определяем период (T) 10 полных колебаний по формуле (1) и среднее значение периода (Tср

По формулам (2) и (3) рассчитаем момент инерции физического маятника:

где mM
lc – расстояние от оси вращения до центра масс маятника,

IM


Определяем погрешности измерений времени (приборная) (ΔtαΔTαΔIα


Результаты измерений заносим в таблицу 1.
Таблица 1
φ =15⁰ ; mм=(0,088±0,002)кг ; lc=(0,120±0,005)м; N=10.
№ опыта
t, c.
Δtα, c.
T, c.
Tср, c.
ΔTα, c.
Iмср, кг·м²
ΔIмα, кг·м²
1
8,00
0,005
0,800
0,79
0,0005
1,67·10^-3
0,08·10^-3
2
7,99
0,799
3
8,03
0,803
4
7,79
0,779
5
7,71
0,771



Измеряем углы отклонения маятника после выстрела в него пулями различной массы с учетом случайной и систематической (приборной) погрешностей измерений по формуле (5):


Проводим расчет скорости полета пули по формуле (6) и о погрешность измерений скорости по формуле (7):

, (6)


Результаты измерений, расчетов, оценок погрешностей измерений сводим в таблицу 2.

Таблица 2

lc=(0,120 ± 0,005)м; l1=(0,23 ± 0,005)м; Iм= (1,67 ± 0,08)·10^-3 кг·м²; mм=(0,088 ± 0,002) кг.
mп1=(0,0052 ± 0,0005) кг

(дюраль с отверстием)
mп2=(0,0068 ± 0,0005) кг

(дюраль)
mп3=(0,0140 ± 0,0005) кг

(сталь с отверстием)
α1α2α3α4α5α1α2α3α4α5α1α2α3α4α5

10,


























α1ср=9,46⁰Δ1α=1,26⁰
α2ср=13,5⁰ Δ2α=1,45⁰
α3ср=24,1⁰Δ3α=1,57⁰
v1ср, м/c
v2ср, м/c
v3ср, м/c
2,01
2,26
2,20
Δv1α, м/c
Δv2α, м/c
Δv3α, м/c
0,15
0,2
0,12



Определяем потери механической энергии по формуле (8):

Таблица 3


mм=(0,088 ± 0,002) кг; lc=(0,120 ± 0,005) м

l1=(0,23 ± 0,005)м; Tср ± ΔTα = (0,79 ± 0,0005) c.
mпi± Δmпiαсрi ± ΔααiQср., Дж
0,0052 ± 0,0005
13,87
0,7
9,46⁰±1,26⁰ -0,56·10^-3
0,0068 ± 0,0005
12,13
0,4
13,5⁰ ± 1,45⁰
-0,01
0,0140 ± 0,0005
8,45
0,15
24,1⁰ ± 1,57⁰
-0,01
Строим график зависимости в координатах «v -Заключение: по данным лабораторного эксперимента построена графическая зависимость в координатах «v - », являющаяся линейной, что соответствует аналитической зависимости для скорости полета пули от ее массы до неупругого соударения с физическим маятником.


Вывод:
На основе законов сохранения момента импульса и механической энергии получена аналитическая зависимость для скорости полета пули и потери механической энергии в момент ее неупругого взаимодействия в системе «пуля – стержень».

4. Определены численные значения скорости полета пули.
   
5. Графически установлена линейная зависимость между скоростью пули и величиной, обратной корню квадратному из массы пули.
   
6. Определены численные значения потери механической энергии для трех случаев взаимодействия пуль, изготовленных из различных материалов.
   
   
   Общие правила построения графиков
   1. Графики строятся в программах Microsoft Word, Origion. Pro (или на миллиметровой бумаге карандашом ½ тетрадного листа).
   2. Используется прямоугольная система координат с 3. Масштаб и начало координат выбираются так, чтобы экспериментальные точки располагались по всей площади рисунка.
   4. Единица масштаба должна быть кратна 1×10ⁿ, 2×10ⁿ 3×10ⁿ и т. д., где n = …-2, -1, 0, 1, 2, ….
   5. Рядом с осью дается буквенное обозначение, порядок и размерность физической величины.
   6. Под графиком – полное название графика
   
   Никаких линий и отметок, поясняющих построение точек на графикe, наносить нельзя.
   Примеры:
   
   
ВЕРНО
НЕВЕРНО

ВЫВОД ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

Выводы по лабораторной работе – кратко сформулированные итоги обработки результатов измерений – должны быть приведены в разделе «Результаты обработки измерений и выводы» конспекта для каждого задания лабораторной работы. В выводах должна быть отображена следующая информация:
что и каким методом измерялось;

7. какие графики были построены;
   
8. какие результаты были получены.
   Также выводы должны содержать обсуждение построенных графиков и полученных результатов: совпадает или нет вид экспериментальных графиков с теоретическими предсказаниями и совпадают или нет результаты эксперимента с теорией. Рекомендуемая форма представления выводов по графикам и по ответу приведена ниже.
   

Полученный экспериментально график зависимости
Полученное экспериментально значение величины