Tugas: pembuktian hukum kekekalan momentum dan energi pada tumbukan lenting mutlak dan lenting lenting bola.
Peralatan: perangkat untuk penyelidikan tumbukan bola FPM-08.
Teori singkat:
Gerak lurus:
Besaran vektor yang secara numerik sama dengan produk massa suatu titik material dan kecepatannya dan memiliki arah kecepatan disebut momentum (momentum)) titik materi.
Hukum kekekalan momentum: = konstan- momentum sistem tertutup tidak berubah terhadap waktu.
Hukum kekekalan energi: dalam sistem benda di mana hanya gaya konservatif yang bekerja, energi mekanik total tetap konstan dari waktu ke waktu. E = T + P = konstan ,
di mana E - energi mekanik total, T - energi kinetik, R - energi potensial.
Energi kinetik sistem mekanik adalah energi dari gerakan mekanis sistem. Energi kinetik untuk
gerakan maju: 
, gerak rotasi 
di mana J - momen inersia, ω - frekuensi siklik).
Energi potensial sistem tubuh adalah energi interaksi antara tubuh sistem (tergantung pada posisi relatif tubuh dan jenis interaksi antara tubuh) Energi potensial dari tubuh cacat elastis: 
; dalam deformasi torsi 
di mana k adalah koefisien kekakuan (modulus torsi), X - deformasi, α - sudut putar).
Dampak yang benar-benar elastis- tabrakan dua atau lebih benda, sebagai akibatnya tidak ada deformasi yang tersisa pada benda yang berinteraksi dan semua energi kinetik yang dimiliki benda sebelum tumbukan diubah lagi menjadi energi kinetik setelah tumbukan.
Benar-benar tidak elastis benturan - tabrakan dua atau lebih benda, akibatnya benda-benda tersebut digabungkan, bergerak lebih jauh secara keseluruhan, sebagian energi kinetik diubah menjadi energi internal.
Turunan dari rumus kerja:
Dalam pengaturan ini, dua bola dengan massa m 1 dan m 2 digantung pada benang tipis dengan panjang yang sama L. bola bermassa m 1 dibelokkan membentuk sudut α 1 dan lepaskan. Pada sudut pemasangan α 1 Anda mengaturnya sendiri, mengukurnya pada skala dan memperbaiki bola dengan elektromagnet, sudut deviasi α 1 ’ dan α 2 ’ bola setelah tumbukan juga diukur pada skala.
1 . Mari kita tuliskan hukum kekekalan momentum dan energi untuk tumbukan lenting mutlak
sebelum tabrakan kecepatan bola pertama V 1, kecepatan bola kedua V 2 =0;
momentum bola pertama p 1 = m 1 V 1 , momentum sekon R 2 = 0 ,
setelah dampak-kecepatan bola pertama dan kedua V 1 ’ dan V 2 ’
momentum bola p 1
’
=
m 1
V 1
’
dan p 2
=
m 2
V 2
’
m
1
V 1
=
m 1
V 1
’+
m 2
V 2
’
hukum kekekalan momentum;
hukum kekekalan energi sistem sebelum dan sesudah tumbukan bola
h, ia memperoleh energi potensial
R= m 1
gh,
- energi ini sepenuhnya diubah menjadi energi kinetik dari bola yang sama 
, maka kecepatan bola pertama sebelum tumbukan 
Cepat h melalui panjang benang L dan sudut tumbukan α , dari gambar. 2 menunjukkan bahwa
h + L cos 1 = L
h = L( 1-cosα 1 ) = 2 L sin 2 (α 1 /2),
kemudian 
Jika sudut-sudut α satu ! dan α 2! sudut pembelokan bola setelah tumbukan, kemudian, dengan alasan yang sama, kita dapat menuliskan kecepatan setelah tumbukan untuk bola pertama dan kedua:
Kami mengganti tiga rumus terakhir ke dalam hukum kekekalan momentum
( rumus kerja 1)
Persamaan ini mencakup besaran yang dapat diperoleh dengan pengukuran langsung. Jika, ketika mensubstitusi nilai-nilai yang diukur, kesetaraan dipenuhi, maka hukum kekekalan momentum dalam sistem yang dipertimbangkan juga dipenuhi, serta hukum kekekalan energi, karena hukum-hukum ini digunakan dalam derivasi rumus.
2 . Mari kita tuliskan hukum kekekalan momentum dan energi untuk tumbukan lenting sempurna
m 1
V 1
=
(m 1
+
m 2
)
V 2
hukum kekekalan momentum; dimana V 1
- kecepatan bola pertama sebelum tumbukan; V 2
- kecepatan total bola pertama dan kedua setelah tumbukan. 
hukum kekekalan energi sistem sebelum dan sesudah tumbukan bola, dimana W -
bagian dari energi yang diubah menjadi energi dalam (panas).
Hukum kekekalan energi sistem sampai saat tumbukan, ketika bola pertama diangkat ke ketinggian h sesuai dengan sudut α
1.
(lihat gbr.3) 
- hukum kekekalan energi sistem setelah momen tumbukan, sesuai dengan sudut 
.
Ayo ekspresikan kecepatannya V dan V’ dari hukum kekekalan energi:
, 
, 
Kami mengganti formula ini ke dalam hukum kekekalan momentum dan mendapatkan:
rumus kerja 2
Dengan menggunakan rumus ini, Anda dapat memeriksa hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi untuk dampak tidak lenting sempurna.
Kekuatan interaksi rata-rata antara dua bola pada saat tumbukan elastis dapat ditentukan dengan perubahan momentum satu (pertama) bola
Substitusikan ke dalam rumus ini nilai kecepatan bola pertama sebelum dan sesudah tumbukan
Dan 
kita mendapatkan:
rumus kerja 3
dimana t = t- waktu tumbukan bola, yang dapat diukur dengan menggunakan microstopwatch.
Deskripsi eksperimental
pengaturan:
Pandangan umum dari instrumen FPM-08 untuk mempelajari tumbukan bola ditunjukkan pada gambar. 4.
Atas dasar pemasangan ada microstopwatch listrik RM-16, yang dirancang untuk mengukur interval waktu yang singkat.
Di panel depan microstopwatch ada tampilan "waktu" (waktu dihitung dalam mikrodetik), serta tombol "JARINGAN", "RESET", "MULAI".
Kolom dengan skala juga terpasang ke alas, tempat braket atas dan bawah dipasang. Dua batang dan kenop dipasang di braket atas, yang berfungsi untuk mengatur jarak antar bola. Melalui suspensi, kabel ditarik, di mana tegangan disuplai ke bola dari microstopwatch.
Pada braket bawah terdapat timbangan untuk membaca sudut yang dimiliki bola relatif terhadap vertikal.Timbangan ini dapat dipindahkan sepanjang braket. Juga pada braket pada dudukan khusus terdapat elektromagnet, yang berfungsi untuk memasang salah satu bola di posisi tertentu. Elektromagnet dapat dipindahkan di sepanjang timbangan yang tepat dengan membuka mur yang menahannya ke timbangan. Di ujung badan elektromagnet terdapat sekrup untuk mengatur kekuatan elektromagnet.
Instruksi kerja
1 tugas: pembuktian hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi untuk tumbukan lenting sempurna.
Untuk menyelesaikan tugas ini, perlu untuk mengukur massa bola dan sudut deviasi relatif terhadap vertikal. 
2 tugas:
pembuktian hukum kekekalan momentum dan hukum kekekalan energi untuk tumbukan tidak lenting sempurna
| m 1 | m2 | № | 1 |  |  |  | Sebelum dampak
| Setelah dampak  |
| 1 | ||||||||
| 2 | ||||||||
| 3 | ||||||||
| 4 | ||||||||
| 5 | ||||||||
| Menikahi |
Ulangi langkah 1-9 untuk bola plastisin dan substitusikan hasilnya ke dalam rumus kerja 2.
3 tugas: mengeksplorasigaya interaksi bola dalam tumbukan lenting
Kita perlu membuat grafik fungsi F Menikahi = f(α 1 ). Untuk tugas ini, rumus kerja 3 digunakan, Untuk memplot fungsi F Menikahi = f(α 1 ), pengukuran perlu dilakukan - sudut tendangan balik bola pertama setelah tumbukan dan t- dampak waktu di berbagai nilai α 1 .
Tekan tombol "RESET" pada microstopwatch;
Atur bola yang tepat pada sudut α 1 = 14º, tumbuklah kedua bola tersebut, ukurlah pada skala sudut dan bacalah microstopwatch. Menghitung F cp untuk setiap pengukuran menurut rumus kerja 3;
Masukkan hasil pengukuran ke dalam tabel;
m 1
L
№
1
Δ t
Fcp
1
14
2
14
3
14
4
10
5
10
6
10
7
7
8
7
Gambarkan Fungsinya F Menikahi = f(α 1 ),
Menarik kesimpulan tentang ketergantungan yang diperoleh:
Bagaimana kekuatan tergantung F cp α 1) ?
Bagaimana waktu t tumbukan dari kecepatan awal ( α 1) ?
pertanyaan tes:
Apa yang disebut tumbukan?
Tumbukan lenting mutlak dan tumbukan lenting mutlak.
Gaya apa yang timbul ketika dua bola bersentuhan.
Apa yang disebut koefisien pemulihan kecepatan dan energi. Dan bagaimana mereka berubah dalam kasus tumbukan lenting mutlak dan tumbukan lenting mutlak?
Hukum konservasi apa yang digunakan dalam melakukan pekerjaan ini? Formulasikan mereka.
Bagaimana besarnya momentum akhir tergantung pada rasio massa bola yang bertabrakan?
Bagaimana nilai energi kinetik yang ditransfer dari bola pertama ke bola kedua tergantung pada rasio massa?
Untuk apa waktu dampak?
Apa pusat inersia (atau pusat massa)?
Literatur:
Trofimova T.I. kursus fisika. Moskow: Sekolah Tinggi, 2000
Matveev A.N.: Mekanika dan teori relativitas. - M., Sekolah Tinggi, 1986, hlm. 219-228.
4. Gabyshev H.H. Manual metodis tentang mekanik - Yakutsk., YSU, 1989
Tujuan pekerjaan: untuk berkenalan dengan fenomena tumbukan pada contoh tumbukan bola, menghitung koefisien pemulihan energi, memeriksa hukum kekekalan momentum.
Informasi teoretis
Mari kita membelokkan bola A dengan massa di sudut
dimana dan pembacaan pada skala pengukuran. Dalam hal ini, bola akan naik ke ketinggian (lihat Gambar 1). Seperti dapat dilihat dari gambar, tinggi angkat dapat dinyatakan dalam panjang suspensi dan sudut defleksi:
Setelah bola dilepaskan tanpa kecepatan awal, ia akan dipercepat dan di dasar lintasannya akan memperoleh kecepatan horizontal, yang dapat ditemukan dari hukum kekekalan energi:
Pada titik terbawah lintasannya, bola A bertabrakan dengan bola B, dan setelah tumbukan yang sangat singkat, mereka terbang terpisah dalam arah yang berlawanan dengan kecepatan horizontal dan (lihat Gambar 2). Karena selama tumbukan gaya tarik benang dan gaya gravitasi yang bekerja pada bola diarahkan secara vertikal, hukum kekekalan proyeksi horizontal momentum sistem harus dipenuhi:
Dalam kebanyakan kasus, tumbukan nyata benda tidak elastis karena terjadinya gaya disipatif di dalam benda tersebut (gesekan internal), sehingga energi kinetik sistem secara keseluruhan berkurang saat tumbukan. Koefisien pemulihan energi kinetik adalah nilai yang sama dengan:
Faktor pemulihan kecepatan selalu kurang dari satu :. Kesetaraan dengan kesatuan berarti konservasi energi yang lengkap, yang hanya dapat terjadi dalam kasus ideal tanpa adanya gaya disipatif dalam sistem.
Setelah tumbukan (lihat Gambar 3), aksi gaya disipatif gesekan internal berhenti, dan jika kita mengabaikan kehilangan energi selama gerakan karena hambatan udara, kita dapat menggunakan hukum kekekalan energi untuk setiap bola secara terpisah. Bola A akan menyimpang sudut dan naik ke ketinggian, dan bola B akan menyimpang sudut dan naik ke ketinggian
Menggunakan persamaan yang mirip dengan persamaan (1) dan (2), kami menyatakan kecepatan bola setelah tumbukan:
Mengganti (2) dan (5) menjadi (4), kita memperoleh ekspresi untuk menghitung koefisien pemulihan energi:
Substitusikan (2) dan (5) ke (3), kita peroleh hukum kekekalan momentum dalam bentuk:
Peralatan: rak dengan dua pemberat (bola) digantung pada suspensi bifilar.
Tugas: menentukan koefisien pemulihan kecepatan tubuh selama tumbukan tidak elastis bola.
Perintah kerja
Tuliskan posisi awal 0 dan 0, yang sesuai dengan titik potong benang suspensi bifilar dengan garis pembagian skala, ketika bola diam. Di sini dan selanjutnya, sebutan "" mengacu pada bola A dengan massa lebih kecil m1, dan "" mengacu pada bola B dengan massa lebih kecil m2.
Belokkan bola A pada sudut 1 dari 10º ke 15º dan lepaskan tanpa kecepatan awal. Hitung lemparan pertama dari kedua bola 2 dan 2 (karena hampir tidak mungkin untuk mengambil dua hitungan sekaligus, mereka melakukan ini: pertama mereka menghitung satu bola, kemudian mereka membuat pukulan kedua dari posisi yang sama dari bola A dan menghitung bola kedua). Pukulan dari posisi ini dilakukan setidaknya 10 kali untuk mendapatkan setidaknya lima nilai buangan benang setelah pukulan untuk setiap bola (2 dan 2). Temukan artinya<2>dan<2>.
Eksperimen yang harus dilakukan untuk dua nilai lainnya 1. (dari 20 hingga 25, dari 30 hingga 35). Lengkapi tabel 1.
Periksa hukum kekekalan momentum (7). Untuk melakukan ini, hitung kecepatannya dan gunakan rumus (2) dan (5), dengan mempertimbangkan bahwa
dan ruas kanan persamaan (7)
Catat hasil pengukuran dan perhitungan dalam tabel. 1 dan 2. Hitung faktor pemulihan energi menggunakan rumus (6).
Tabel 1
pertanyaan tes
Apakah sistem bola akan tertutup?
Merumuskan hukum kekekalan momentum sistem.
Apakah momentum sistem bola kekal setelah tumbukan? Mengapa?
Jenis dampak dalam karya ini. Analisis faktor pemulihan energi yang dihasilkan.
Kapan energi mekanik total sistem dilestarikan? Apakah energi kinetik sistem bola sama sebelum dan sesudah tumbukan?
Dapatkah energi mekanik tidak kekal dalam suatu sistem dan momentum sudut tetap konstan?
Dapatkan rumus yang dihitung untuk kecepatan bola setelah tumbukan.
Daftar sumber yang digunakan
Saveliev I.V. Mata kuliah fisika umum. T.1. Mekanika. Fisika molekuler. - St. Petersburg: Lan, 2007. - 432 hal. - ch. II, 23, hal.75-77, bab. III, 27-30, hal.89-106
LAB #1_5
TUBUH BOLA ELASTIS
Biasakan diri Anda dengan catatan kuliah dan buku teks (Saveliev, vol. 1, 27, 28). Jalankan program "Mekanika. mol.fisika. Pilih Mekanika dan Tabrakan Bola Elastis. Tekan tombol dengan gambar halaman di bagian atas jendela bagian dalam. Baca informasi teoritis singkat. Tuliskan apa yang Anda butuhkan di catatan Anda. (Jika Anda lupa cara bekerja dengan sistem simulasi komputer, baca kembali PENDAHULUAN)
TUJUAN PEKERJAAN :
Pilihan model fisik untuk analisis interaksi dua bola dalam tumbukan.
Investigasi , diawetkan selama tumbukan bola elastis.
Biasakan diri Anda dengan teks dalam Buku Pegangan dan dalam program komputer (tombol "Fisika"). Tinjau materi berikut:
pukulan (tabrakan, tabrakan) - model interaksi dua benda, yang durasinya sama dengan nol (peristiwa sesaat). Ini digunakan untuk menggambarkan interaksi nyata, yang durasinya dapat diabaikan dalam kondisi masalah tertentu.
DAMPAK ELASTIS BENAR-BENAR - tumbukan dua benda, setelah itu bentuk dan dimensi benda yang bertabrakan sepenuhnya dikembalikan ke keadaan sebelum tumbukan. Momentum total dan energi kinetik dari sistem dua benda tersebut adalah kekal (mereka sama setelah tumbukan seperti sebelum tumbukan):
Biarkan bola kedua beristirahat sebelum tumbukan. Kemudian, dengan menggunakan definisi momentum dan definisi tumbukan elastik mutlak, kami mengubah hukum kekekalan momentum dengan memproyeksikannya ke sumbu OX, di mana benda bergerak, dan sumbu OY, tegak lurus terhadap OX, menjadi berikut ini persamaan:
jarak bidik d adalah jarak antara garis gerak bola pertama dan garis sejajarnya yang melalui pusat bola kedua. Kami mengubah hukum kekekalan energi kinetik dan momentum dan memperoleh:
TUGAS: Turunkan rumus 1, 2 dan 3
METODE DAN ATURAN PENGUKURAN
Periksa gambar dengan cermat, temukan semua regulator dan elemen utama lainnya dan buat sketsa dalam garis besar.
Lihatlah gambar di layar. Dengan menetapkan jarak bidik d 2R (jarak minimum di mana tidak ada tumbukan yang teramati), tentukan jari-jari bola.
Dengan mengatur jarak bidik ke 0
Dapatkan izin dari instruktur Anda untuk melakukan pengukuran.
PENGUKURAN:
Atur, dengan menggerakkan kursor pengatur, massa bola dan kecepatan awal bola pertama (nilai pertama), ditunjukkan dalam tabel. 1 untuk tim Anda. Jarak target d disetel sama dengan nol. Dengan mengklik tombol "MULAI" di layar monitor, ikuti pergerakan bola. Catat hasil pengukuran besaran-besaran yang diperlukan dalam Tabel 2, contoh yang diberikan di bawah ini.
Ubah nilai jarak target d menjadi (0.2d/R, di mana R adalah jari-jari bola) dan ulangi pengukuran.
Ketika kemungkinan nilai d/R habis, tingkatkan kecepatan awal bola pertama dan ulangi pengukuran, mulai dari jarak tumbukan nol d. Catat hasilnya dalam tabel baru 3, mirip dengan tabel. 2.
Tabel 1. Massa bola dan kecepatan awal(jangan menggambar ulang) .
| Nomor brigade | m 1 | m2 | V0 (MS) | V0 (MS) | Nomor brigade | m 1 | m2 | V0 (MS) | V0 (MS) |
|
| 1 | 1 | 5 | 4 | 7 | 5 | 1 | 4 | 6 | 10 |
|
| 2 | 2 | 5 | 4 | 7 | 6 | 2 | 4 | 6 | 10 |
|
| 3 | 3 | 5 | 4 | 7 | 7 | 3 | 4 | 6 | 10 |
|
| 4 | 4 | 5 | 4 | 7 | 8 | 4 | 4 | 6 | 10 |
Tabel 2 dan 3. Hasil pengukuran dan perhitungan (jumlah pengukuran dan baris = 10)
| m 1 \u003d ___ (kg), m 2 \u003d ___ (kg), V 0 \u003d ___ (m / s), (V 0) 2 \u003d _____ (m / s) 2 |
|||||||||||
| № | d/R | V 1 | V2 | 1 hujan es | 2 hujan es | V 1 Cos 1 | V 1 Sin 1 | V 2 Cos 2 | V 2 Sin 2 | (m/s) 2 | (m/s) 2 |
| 1 | 0 | ||||||||||
| 2 | 0.2 | ||||||||||
| ... | |||||||||||
PENGOLAHAN HASIL DAN PENYUSUNAN LAPORAN:
Hitung nilai yang dibutuhkan dan isi tabel 2 dan 3.
Plot grafik ketergantungan (dalam tiga gambar)
Untuk setiap grafik, tentukan perbandingan massa m 2 /m 1 bola. Hitung rata-rata dari rasio ini dan kesalahan absolut dari rata-rata.
Analisis dan bandingkan nilai rasio massa terukur dan target.
Pertanyaan dan tugas untuk pengendalian diri
Apa yang dimaksud dengan tumbukan (tabrakan)?
Untuk interaksi dua benda apa model tumbukan dapat digunakan?
Tumbukan manakah yang disebut lenting sempurna?
Pada tumbukan manakah hukum kekekalan momentum terpenuhi?
Berikan rumusan verbal hukum kekekalan momentum.
Dalam kondisi apa proyeksi momentum total sistem benda pada sumbu tertentu dipertahankan?
Pada tumbukan manakah hukum kekekalan energi kinetik terpenuhi?
Berikan rumusan verbal hukum kekekalan energi kinetik.
Tentukan energi kinetik
Tentukan energi potensial
Apa yang dimaksud dengan energi mekanik total.
Apa yang dimaksud dengan sistem benda tertutup?
Apa yang dimaksud dengan sistem tubuh terisolasi?
Tumbukan apakah yang melepaskan energi panas?
Pada tumbukan apa bentuk tubuh dipulihkan?
Pada tumbukan manakah bentuk benda-benda tersebut tidak dikembalikan?
Berapa jarak bidik (parameter) ketika bola bertabrakan?
1.SASTRA
Saveliev I.V. Mata kuliah fisika umum. T.1. M.: "Nauka", 1982.
Saveliev I.V. Mata kuliah fisika umum. T.2. M.: "Nauka", 1978.
Saveliev I.V. Mata kuliah fisika umum. T.3. M.: "Nauka", 1979.
2.BEBERAPA INFORMASI YANG BERMANFAAT
KONSTAN FISIK
| Nama | Simbol | Berarti | Dimensi |
| konstanta gravitasi | atau G | 6.67 10 -11 | N m 2 kg -2 |
| Percepatan jatuh bebas di permukaan bumi | g0 | 9.8 | m s -2 |
| Kecepatan cahaya dalam ruang hampa | c | 3 10 8 | m s -1 |
| konstanta avogadro | tidak ada | 6.02 10 26 | kmol -1 |
| Konstanta gas universal | R | 8.31 10 3 | J kmol -1 K -1 |
| konstanta Boltzmann | k | 1.38 10 -23 | JK -1 |
| muatan dasar | e | 1.6 10 -19 | Cl |
| Massa elektron | Saya | 9.11 10 -31 | kg |
| konstanta faraday | F | 9.65 10 4 | Cl mol -1 |
| Konstanta listrik | tentang | 8.85 10 -12 | F m -1 |
| Konstanta magnetik | tentang | 4 10 -7 | H m -1 |
| konstanta Planck | h | 6.62 10 -34 | J s |
BERLANGGANAN DAN MULTIPLIER
untuk pembentukan kelipatan desimal dan subkelipatan
| Awalan | Simbol | Faktor | Awalan | Simbol | Faktor |
|
| papan suara | Ya | 10 1 | memutuskan | d | 10 -1 |
|
| hekto | G | 10 2 | centi | dengan | 10 -2 |
|
| kilo | ke | 10 3 | Mili | m | 10 -3 |
|
| mega | M | 10 6 | mikro | mk | 10 -6 |
|
| giga | G | 10 9 | nano | n | 10 -9 |
|
| tera | T | 10 12 | pico | P | 10 -12 |
Objektif: studi tentang dampak bola, penentuan koefisien pemulihan kecepatan pada dampak.
Instrumen dan aksesori: pengaturan eksperimental, set bola.
Teori singkat
Pukulan adalah interaksi tubuh jangka pendek, di mana perubahan signifikan dalam kecepatan tubuh terjadi dalam waktu singkat (). Dalam banyak kasus, sistem tubuh yang berinteraksi pada benturan dapat dipertimbangkan tertutup, karena gaya interaksi ( kekuatan serangan) melebihi semua gaya eksternal yang bekerja pada tubuh.
Garis lurus yang melalui titik kontak benda dan tegak lurus dengan permukaan kontaknya disebut garis mogok. Jika garis tumbukan melewati pusat massa benda yang bertabrakan, maka tumbukan disebut pusat.
Ada dua kasus yang membatasi dampak: benar-benar tidak elastis dan benar-benar elastis.
Dampak yang benar-benar tidak elastis- ini adalah tabrakan benda, setelah itu benda yang berinteraksi bergerak secara keseluruhan atau berhenti. Dengan tumbukan seperti itu, energi mekanik dari benda yang bertabrakan sebagian atau seluruhnya diubah menjadi energi internal. Benda mengalami deformasi yang tidak elastis dan memanas. Dalam tumbukan tidak lenting sempurna, hukum kekekalan momentum terpenuhi.
Dampak yang benar-benar elastis- tumbukan di mana energi mekanik dari benda yang bertabrakan tidak diubah menjadi jenis energi lain. Dalam proses tumbukan seperti itu, tubuh juga berubah bentuk, tetapi deformasinya elastis. Setelah tumbukan, tubuh bergerak dengan kecepatan yang berbeda. Dengan tumbukan yang benar-benar elastis, hukum kekekalan momentum dan energi mekanik terpenuhi.
Dampak yang benar-benar elastis - idealisasi. Ketika benda nyata bertabrakan, energi mekanik hanya dipulihkan sebagian pada akhir interaksi, karena kerugian karena pembentukan deformasi residu dan pemanasan.
Derajat elastisitas tumbukan dicirikan oleh nilai 
ditelepon faktor pemulihan kecepatan.
Pukul tengah 
ditentukan oleh ekspresi
, (1)
di mana 
kecepatan relatif benda sebelum tumbukan, 
kecepatan relatif benda setelah tumbukan.
Koefisien pemulihan kecepatan tergantung pada sifat elastis bahan benda yang bertabrakan. Untuk dampak yang sangat elastis 
= 1, untuk benar-benar tidak elastis 
= 0, untuk ketukan nyata 
0 <
< 1
(например, при соударении тел из дерева
0,5, baja 
0,55, gading 
0,9).
Di lab ini, kami mempelajari dampak pusat dari dua bola logam dan menentukan faktor pemulihan kecepatan.
Instalasi untuk mempelajari tumbukan bola secara skematis ditunjukkan pada Gambar 1. Ini terdiri dari alas 1 dengan kaki yang dapat disesuaikan, di mana rak dipasang 2 dengan dua kurung. Di atas braket 3 ada mekanisme untuk memperbaiki benang suspensi bifilar 4 untuk bola 5 . Timbangan pengukur dipasang di braket bawah 6 , lulus dalam derajat . Pada skala yang tepat adalah elektromagnet 7 , yang dapat bergerak sepanjang skala dan diperbaiki pada posisi tertentu.
Biarkan dua bola dengan massa yang sama 
gantung pada utas dengan panjang yang sama, saling menyentuh (Gbr. 2). Saat membelokkan bola kanan (bola 1
) dari posisi setimbang ke sudut 
itu akan memperoleh energi potensial 
(
ketinggian pusat massa bola, 
percepatan gravitasi). Jika bola dilepaskan, maka ketika bola kembali ke posisi setimbang, energi potensialnya akan sepenuhnya berubah menjadi energi kinetik.
Menurut hukum kekekalan energi mekanik
,
(2)
di mana 
kecepatan bola 1
ketika mencapai posisi setimbang (sebelum tumbukan dengan bola 2
).
Dari rumus (2) berikut
. (3)
Tinggi 
dapat diekspresikan melalui 
(sudut defleksi) dan 
(jarak dari titik suspensi ke pusat massa bola). Gambar 2 menunjukkan bahwa 
, yaitu 
. Sebagai 
, kemudian
. (4)
Substitusikan rumus (4) menjadi (3), diperoleh 
. Jika sudut 
kecil, maka 
dan karenanya
=
.
(5)
Rumus serupa dapat diperoleh untuk 
dan 
kecepatan bola setelah tumbukan:
,
, (6)
di mana 
dan 
Mensubstitusikan ke dalam ekspresi (1) nilai-nilai 
,
,
(rumus (5),(6)) dan, dengan mempertimbangkan bahwa bola 2
diam sebelum tumbukan, yaitu 
= 0, kita dapatkan
.
(7)
Jadi, untuk menentukan faktor pemulihan kecepatan, diperlukan sudut tertentu 
ukuran 
dan 
sudut deviasi dari vertikal ulir-suspensi bola setelah tumbukan.
Objektif:
Penentuan eksperimental dan teoritis dari nilai momentum bola sebelum dan sesudah tumbukan, koefisien pemulihan energi kinetik, gaya rata-rata tumbukan dua bola. Verifikasi hukum kekekalan momentum. Verifikasi hukum kekekalan energi mekanik untuk tumbukan elastis.
Peralatan: Pemasangan "Tabrakan bola" FM 17, terdiri dari: alas 1, rak 2, di bagian atas yang dipasang braket atas 3, dimaksudkan untuk penangguhan bola; rumah yang dirancang untuk memasang skala 4 perpindahan sudut; elektromagnet 5 yang dirancang untuk memperbaiki posisi awal salah satu bola 6; node penyesuaian yang memberikan dampak pusat langsung dari bola; utas 7 untuk menggantung bola logam; kabel untuk memastikan kontak listrik bola dengan terminal 8. Untuk memulai bola dan menghitung waktu tumbukan, digunakan unit kontrol 9. Bola logam 6 terbuat dari aluminium, kuningan dan baja. Massa bola: kuningan 110,00±0,03 g; baja 117,90±0,03 g; aluminium 40,70 ± 0,03 g.
Teori singkat.
Ketika bola-bola bertabrakan, gaya interaksi berubah cukup tajam dengan jarak antara pusat massa, seluruh proses interaksi berlangsung dalam ruang yang sangat kecil dan dalam waktu yang sangat singkat. Interaksi ini disebut dampak.
Ada dua jenis tumbukan: jika benda benar-benar elastis, maka tumbukan disebut elastis mutlak. Jika benda benar-benar tidak elastis, maka tumbukannya benar-benar tidak elastis. Di lab ini, kita hanya akan mempertimbangkan tumbukan pusat, yaitu tumbukan yang terjadi di sepanjang garis yang menghubungkan pusat-pusat bola.
Mempertimbangkan dampak yang benar-benar tidak elastis. Dampak ini dapat diamati pada dua bola timah atau lilin yang digantungkan pada seutas benang dengan panjang yang sama. Proses tumbukan berlangsung sebagai berikut. Segera setelah bola A dan B bersentuhan, deformasinya akan dimulai, sebagai akibatnya akan timbul gaya tahanan (gesekan viskos) yang memperlambat bola A dan mempercepat bola B. Karena gaya-gaya ini sebanding dengan laju perubahan deformasi (yaitu, kecepatan relatif gerakan bola ), maka ketika kecepatan relatif berkurang, mereka berkurang dan menghilang segera setelah kecepatan bola menyamakan kedudukan. Dari titik ini, bola, "bergabung", bergerak bersama.
Mari kita pertimbangkan masalah dampak bola tidak elastis secara kuantitatif. Kami berasumsi bahwa tidak ada badan ketiga yang bertindak atas mereka. Kemudian bola membentuk sistem tertutup di mana hukum kekekalan energi dan momentum dapat diterapkan. Namun, gaya yang bekerja pada mereka tidak konservatif. Oleh karena itu, hukum kekekalan energi berlaku untuk sistem:
di mana A adalah kerja gaya non-elastis (konservatif);
E dan E′ masing-masing adalah energi total dua bola sebelum dan sesudah tumbukan, yang terdiri dari energi kinetik kedua bola dan energi potensial interaksinya satu sama lain:
kamu, 
(2)
Karena bola tidak berinteraksi sebelum dan sesudah tumbukan, relasi (1) berbentuk:
Di mana massa bola; - kecepatan mereka sebelum tumbukan; v′ adalah kecepatan bola setelah tumbukan. Sejak<0, то равенство (3) показывает, что кинетическая энергия системы уменьшилась. Деформация и нагрев шаров произошли за счет убыли кинетической энергии.
Untuk menentukan kecepatan akhir bola, kita harus menggunakan hukum kekekalan momentum
Karena tumbukan adalah pusat, maka semua vektor kecepatan terletak pada satu garis lurus. Mengambil garis lurus ini sebagai sumbu X dan memproyeksikan persamaan (5) ke sumbu ini, kita memperoleh persamaan skalar:
(6)
Ini menunjukkan bahwa jika bola sebelum tumbukan bergerak ke satu arah, maka setelah tumbukan mereka akan bergerak ke arah yang sama. Jika bola sebelum tumbukan bergerak menuju satu sama lain, maka setelah tumbukan akan bergerak ke arah mana bola dengan momentum lebih besar bergerak.
Mari kita masukkan v′ dari (6) ke dalam persamaan (4):
(7)
Jadi, kerja gaya non-konservatif internal selama deformasi bola sebanding dengan kuadrat kecepatan relatif bola.
Dampak yang benar-benar elastis berlangsung dalam dua tahap. Tahap pertama - Dari awal kontak bola hingga penyelarasan kecepatan - berlangsung dengan cara yang sama seperti dalam tumbukan yang sepenuhnya tidak elastis, dengan satu-satunya perbedaan bahwa gaya interaksi (sebagai gaya elastis) hanya bergantung pada besarnya deformasi dan tidak bergantung pada laju perubahannya. Sampai kecepatan bola sama, deformasi akan meningkat dan gaya interaksi akan memperlambat satu bola dan mempercepat yang lain. Pada saat kecepatan bola sama, gaya interaksi akan menjadi yang terbesar, mulai saat ini tahap kedua dampak elastis dimulai: benda-benda yang terdeformasi bekerja satu sama lain dalam arah yang sama di mana mereka bertindak sebelum pemerataan dari kecepatan. Oleh karena itu, tubuh yang melambat akan terus melambat, dan tubuh yang berakselerasi akan berakselerasi hingga deformasi menghilang. Ketika bentuk benda dipulihkan, semua energi potensial kembali masuk ke energi kinetik bola, yaitu. dalam tumbukan elastis sempurna, benda tidak mengubah energi internalnya.
Kita akan mengasumsikan bahwa dua bola yang bertabrakan membentuk sistem tertutup di mana gaya-gayanya konservatif. Dalam kasus seperti itu, kerja gaya-gaya ini mengarah pada peningkatan energi potensial dari benda-benda yang berinteraksi. Hukum kekekalan energi akan ditulis sebagai berikut:
di mana adalah energi kinetik bola pada momen sembarang waktu t (dalam proses tumbukan), dan U adalah energi potensial sistem pada saat yang sama. nilai besaran yang sama pada waktu lain t′. Jika momen waktu t sesuai dengan awal tumbukan, maka 
; jika t sesuai dengan akhir tumbukan, maka 
Mari kita tuliskan hukum kekekalan energi dan momentum untuk dua momen waktu ini:
(8)
Mari kita selesaikan sistem persamaan (9) dan (10) sehubungan dengan 1 v′ dan 2 v′. Untuk melakukan ini, kami menulis ulang dalam bentuk berikut:
Bagi persamaan pertama dengan persamaan kedua:
(11)
Memecahkan sistem dari persamaan (11) dan persamaan kedua (10), kita mendapatkan:
, 
(12)
Di sini, kecepatan memiliki tanda positif jika mereka bertepatan dengan arah sumbu positif, dan tanda negatif sebaliknya.
Instalasi "Tabrakan bola" FM 17: perangkat dan prinsip operasi:
1 Pemasangan "Balon Tabrakan" ditunjukkan pada gambar dan terdiri dari: alas 1, penyangga 2, di bagian atas dipasang braket atas 3, dimaksudkan untuk menggantung bola; perumahan yang dirancang untuk memasang skala 4 perpindahan sudut; elektromagnet 5, dirancang untuk memperbaiki posisi awal salah satu bola 6; node penyesuaian yang memberikan dampak pusat langsung dari bola; utas 7 untuk menggantung bola logam; kabel untuk memastikan kontak listrik bola dengan terminal 8. Untuk memulai bola dan menghitung waktu tumbukan, digunakan unit kontrol 9. Bola logam 6 terbuat dari aluminium, kuningan dan baja.
Bagian praktis
Mempersiapkan perangkat untuk bekerja
Sebelum mulai bekerja, perlu untuk memeriksa apakah dampak bola adalah pusat, untuk ini Anda perlu membelokkan bola pertama (dengan massa lebih kecil) pada sudut tertentu dan tekan tombol Awal. Bidang lintasan bola setelah tumbukan harus bertepatan dengan bidang bola pertama sebelum tumbukan. Pusat massa bola pada saat tumbukan harus berada pada garis horizontal yang sama. Jika ini tidak diamati, maka langkah-langkah berikut harus dilakukan:
1. Gunakan sekrup 2 untuk mencapai posisi vertikal kolom 3 (Gbr. 1).
2. Dengan mengubah panjang ulir suspensi salah satu bola, perlu dipastikan bahwa pusat massa bola berada pada garis horizontal yang sama. Saat bola bersentuhan, benang harus vertikal. Ini dicapai dengan menggerakkan sekrup 7 (lihat Gambar 1).
3. Perlu dipastikan bahwa bidang lintasan bola setelah tumbukan bertepatan dengan bidang lintasan bola pertama sebelum tumbukan. Ini dicapai dengan sekrup 8 dan 10.
4. Kendurkan mur 20, atur skala sudut 15,16 sedemikian rupa sehingga indikator sudut menunjukkan nol pada timbangan pada saat bola diam. Kencangkan mur 20.
Latihan 1.Tentukan waktu tumbukan bola.
1. Masukkan bola aluminium ke dalam braket suspensi.
2. Aktifkan instalasi
3. Ambil bola pertama ke sudut dan perbaiki dengan elektromagnet.
4. Tekan tombol MULAI. Hal ini akan menyebabkan bola untuk memukul.
5. Gunakan timer untuk menentukan waktu tumbukan bola.
6. Catat hasilnya dalam sebuah tabel.
7. Lakukan 10 kali pengukuran, masukkan hasilnya ke dalam tabel
9. Buatlah kesimpulan tentang ketergantungan waktu tumbukan pada sifat mekanik bahan benda yang bertabrakan.
Tugas 2. Tentukan koefisien pemulihan kecepatan dan energi untuk kasus tumbukan elastis bola.
1. Masukkan bola aluminium, baja atau kuningan ke dalam kurung (seperti yang diarahkan oleh guru). bahan bola:
2. Ambil bola pertama ke elektromagnet dan catat sudut lemparannya
3. Tekan tombol MULAI. Hal ini akan menyebabkan bola untuk memukul.
4. Dengan menggunakan timbangan, tentukan sudut pantul bola secara visual
5. Catat hasilnya dalam sebuah tabel.
| nomor p / p | W | ||||||||
| ……… | |||||||||
| Berarti |
6. Lakukan 10 pengukuran dan masukkan hasilnya ke dalam tabel.
7. Berdasarkan hasil yang diperoleh, hitung nilai sisa menggunakan rumus.
Kecepatan bola sebelum dan sesudah tumbukan dapat dihitung sebagai berikut:
di mana aku- jarak dari titik suspensi ke pusat gravitasi bola;
Sudut lempar, derajat;
Sudut pantulan bola kanan, derajat;
Sudut pantul bola kiri, derajat.
Faktor pemulihan kecepatan dapat ditentukan dengan rumus:
Faktor pemulihan energi dapat ditentukan dengan rumus:
Kehilangan energi pada tumbukan lenting sebagian dapat dihitung dengan rumus:
8. Hitung nilai rata-rata semua besaran.
9. Hitung kesalahan menggunakan rumus:
=
=
=
=
=
=
10. Catat hasilnya, dengan memperhitungkan kesalahan pada formulir standar.
Tugas 3. Verifikasi Hukum Kekekalan Momentum untuk Dampak Pusat Tidak Elastis. Penentuan koefisien pemulihan energi kinetik.
Untuk mempelajari tumbukan tidak elastis, dua bola baja diambil, tetapi pada salah satunya, di tempat tumbukan terjadi, sepotong plastisin dipasang. Bola yang dibelokkan ke arah elektromagnet dianggap lebih dulu.
Tabel 1
| nomor pengalaman | |||||||||||
1. Dapatkan nilai awal sudut defleksi bola pertama dari guru dan tuliskan pada tabel no 1.
2. Atur elektromagnet sehingga sudut defleksi bola pertama sesuai dengan nilai yang ditentukan
3. Simpan bola pertama ke sudut yang ditentukan, tekan tombol<ПУСК>dan hitung sudut defleksi bola kedua. Ulangi percobaan 5 kali. Catat nilai yang diperoleh dari sudut deviasi pada tabel No. 1.
4. Massa bola ditunjukkan pada pemasangan.
5. Dengan menggunakan rumus, cari momentum bola pertama sebelum tumbukan dan tuliskan hasilnya pada Tabel. nomor 1.
6. Dengan menggunakan rumus, cari 5 nilai momentum sistem bola setelah tumbukan dan tuliskan hasilnya pada Tabel. nomor 1.
7. Dengan rumus 
8. Dengan rumus 
tentukan variansi dari nilai rata-rata momentum sistem bola setelah tumbukan. Tentukan simpangan baku momentum rata-rata sistem setelah tumbukan. Masukkan nilai yang dihasilkan pada tabel No. 1.
9. Dengan rumus 
temukan nilai awal energi kinetik bola pertama sebelum tumbukan, dan masukkan dalam tabel No. 1.
10. Dengan menggunakan rumus, temukan lima nilai energi kinetik sistem bola setelah tumbukan, dan masukkan ke dalam tabel. nomor 1.
11. Menurut rumus 
5 tentukan nilai rata-rata energi kinetik sistem setelah tumbukan.
12. Dengan rumus 
13. Dengan menggunakan rumus, cari faktor pemulihan energi kinetik Berdasarkan nilai faktor pemulihan energi kinetik yang diperoleh, buat kesimpulan tentang kekekalan energi sistem selama tumbukan.
14. Tulis tanggapan impuls sistem setelah tumbukan sebagai
15. Tentukan perbandingan proyeksi momentum sistem setelah tumbukan inelastis dengan nilai proyeksi momentum sistem sebelum tumbukan. Berdasarkan nilai perbandingan proyeksi impuls sebelum dan sesudah tumbukan yang diperoleh, buatlah kesimpulan tentang kekekalan momentum sistem selama tumbukan.
Tugas 4. Verifikasi Hukum Kekekalan Momentum dan Energi Mekanik pada Dampak Pusat Elastis. Penentuan gaya interaksi bola dalam tumbukan.
Untuk mempelajari dampak elastis, dua bola baja diambil. Bola yang dibelokkan ke arah elektromagnet dianggap lebih dulu.
Tabel nomor 2.
| nomor pengalaman | |||||||||||||
1. Dapatkan nilai awal sudut defleksi bola pertama dari guru dan tuliskan di tabel. #2
2. Atur elektromagnet sehingga sudut defleksi bola pertama sesuai dengan nilai yang ditentukan.
3. Tolak bola pertama ke sudut yang ditentukan, tekan tombol<ПУСК>dan hitung sudut lendutan bola pertama dan bola kedua dan waktu tumbukan bola . Ulangi percobaan 5 kali. Catat nilai sudut defleksi dan waktu tumbukan yang diperoleh dalam tabel. 2.
4. Massa bola ditunjukkan pada instalasi.
5. Dengan menggunakan rumus, cari momentum bola pertama sebelum tumbukan dan tuliskan hasilnya pada tabel No. 2.
6. Dengan menggunakan rumus, cari 3 nilai momentum sistem bola setelah tumbukan dan tuliskan hasilnya pada Tabel. 2.
7. Dengan rumus 
tentukan momentum rata-rata sistem setelah tumbukan.
8. Rumus 
tentukan variansi dari nilai rata-rata momentum sistem bola setelah tumbukan. Tentukan simpangan baku momentum rata-rata sistem setelah tumbukan. Masukkan nilai yang dihasilkan pada tabel No. 2.
9. Dengan rumus temukan nilai awal energi kinetik bola pertama sebelum tumbukan dan masukkan hasilnya dalam tabel. 2.
10. Dengan menggunakan rumus, temukan lima nilai energi kinetik sistem bola setelah tumbukan, dan masukkan hasilnya pada Tabel. 2.
11. Menurut rumus 
tentukan nilai rata-rata energi kinetik sistem setelah tumbukan
12. Dengan rumus 
tentukan dispersi dari nilai rata-rata energi kinetik sistem bola setelah tumbukan. Tentukan simpangan baku dari mean 
energi kinetik sistem setelah tumbukan. Masukkan nilai yang dihasilkan dalam tabel. 2.
13. Dengan menggunakan rumus, cari faktor pemulihan energi kinetik.
14. Dengan rumus 
temukan nilai rata-rata gaya interaksi dan masukkan hasilnya pada tabel No. 2.
15. Tuliskan tanggapan impuls sistem setelah tumbukan dalam bentuk: .
16. Tuliskan interval energi kinetik sistem setelah tumbukan sebagai: 
.
17. Tentukan rasio proyeksi momentum sistem setelah tumbukan elastis dengan nilai proyeksi momentum sebelum tumbukan. Berdasarkan nilai perbandingan proyeksi impuls sebelum dan sesudah tumbukan yang diperoleh, buatlah kesimpulan tentang kekekalan momentum sistem selama tumbukan.
18. Tentukan perbandingan energi kinetik sistem setelah tumbukan elastis dengan nilai energi kinetik sistem sebelum tumbukan. Berdasarkan nilai perbandingan energi kinetik yang diperoleh sebelum dan sesudah tumbukan, buatlah kesimpulan tentang kekekalan energi mekanik sistem selama tumbukan.
19. Bandingkan nilai yang diperoleh dari besarnya gaya interaksi dengan gaya gravitasi bola yang lebih besar massanya. Buatlah kesimpulan tentang intensitas gaya tolak menolak yang bekerja selama tumbukan.
pertanyaan tes:
1. Jelaskan jenis dampak, tunjukkan hukum apa yang diikuti selama dampak?
2. Sistem mekanis. Hukum perubahan momentum, hukum kekekalan momentum. Konsep sistem mekanis tertutup. Kapan hukum kekekalan momentum dapat diterapkan pada sistem mekanik terbuka?
3. Tentukan kecepatan benda dengan massa yang sama setelah tumbukan dalam kasus berikut:
1) benda pertama bergerak, benda kedua diam.
2) Kedua tubuh bergerak ke arah yang sama.
3) Kedua tubuh bergerak ke arah yang berlawanan.
4. Tentukan besarnya perubahan momentum suatu titik bermassa m yang berotasi merata mengelilingi lingkaran. Melalui satu setengah, melalui seperempat periode.
5. Bentuk hukum kekekalan energi mekanik, dalam hal ini tidak terpenuhi.
6. Tuliskan rumus untuk menentukan koefisien pemulihan kecepatan dan energi, jelaskan arti fisisnya.
7. Apa yang menentukan jumlah kehilangan energi pada tumbukan elastik parsial?
8. Impuls tubuh dan impuls gaya, jenis energi mekanik. Kerja gaya mekanis.
