Відповідно до закону збереження імпульсу, векторна сума імпульсів усіх тіл (або частинок) у замкненій системі є сталою величиною, якщо векторна сума зовнішніх сил, які діють на систему, дорівнює нулю. У класичній механіці закон збереження імпульсу є наслідком законів Ньютона, відповідно до яких за відсутності взаємодії імпульс зберігається у часі, а при її наявності швидкість зміни визначається сумою прикладених сил. Абсолютно пружним називають зіткнення, за якого зберігається механічна енергія системи тіл.
Експериментальна установка
Налаштування експерименту
1. Установіть на горизонтальному столі рівну поверхню, на якій кулька може знаходитися у стані байдужої рівноваги.
2. Розташуйте кульку у центрі поверхні.
3. Розташуйте горизонтально лінійку.
4. Установіть похилий жолоб так, щоб кулька, яка скочується по ньому, здійснювала центральний удар з першою кулькою .
5. Розташуйте фотоапарат так, щоб в його поле зору повністю потрапляла експериментальна установка, і рух відбувався у площині, яка паралельна до матриці фотоапарату. У полі зору фотоапарату має бути чітко видно лінійку.
6. Налаштуйте фотоапарат на запис відео. Переконайтеся, що частота кадрів відеозапису складає 30 кадрів за секунду (типова частота для цифрових фотоапаратів).
7. Переконайтеся, що місце зіткнення потрапляє у поле зору.
Хід експерименту
1. Розпочніть знімання відео.
2. Відпустіть кульку для руху по похилому жолобу.
3. Після зіткнення зупиніть знімання.
4. Повторіть дослід кілька раз.
5. Перенесіть запис відео на ПК.
6. Оберіть найбільш вдалий відеозапис.
7. Використовуючи довільний редактор утніть відеоряд таким чином, щоб у ньому знаходився тільки експеримент.
12. Поверніться на початок відеоряду, натиснувши кнопку На початок.
13. Натисніть кнопку Установити початок системи координат.
14. Меню, що випадає, буде показувати координати точки відліку.
15. Установіть курсор на точку розташування першої кульки і натисніть ліву кнопку маніпулятора. У меню, що випало, зафіксуються координати зазначеної точки. Натисніть ОК в цьому меню.
16. Оберіть кнопку Масштаб.
17. Установіть курсор на початку лінійки і натисніть ліву кнопку маніпулятора, після чого появиться маленький хрестик. Установіть курсор в кінці лінійки і натисніть ліву кнопку маніпулятора. З’явиться другий хрестик і відрізок між ними.
Хід експерименту
18. У меню, що випадає, зазначте реальний розмір лінійки у сантиметрах і натисніть Ок.
19. У верхньому меню Відео аналіз оберіть пункт Два тіла – Одночасно.
20. У верхньому меню Відео аналіз оберіть пункт Пропуск кадрів і установіть зручний пропуск кадрів аналізу.
21. Установіть курсор у точці знаходження першої кульки і натисніть ліву кнопку маніпулятора на положенні першої кульки. Перемістіть курсор на положення другої кульки і натисніть праву кнопку маніпулятора.
22. Система буде гортати кадри під час кожного натискання правої кнопки маніпулятора, і наносити координати кульок, які одночасно з’являються у полі Таблиця.
23. Необхідно прогортати всі кадри для завершення аналізу.Оберіть в основному меню пункт Зберегти як… і оберіть місце збереження проекту відео аналізу. Розширення назви файлу, який створюється системою *.vap.
Приклад проведення аналізу (1)
Приклад проведення аналізу (2)
Аналіз даних експерименту
1. Перезапустіть MultiLab.
2. Оберіть в Головному меню Файл – Відкритипроект Відео Аналіз і зазначте шлях до місця зберігання.
3. Оберіть в Головному меню Вигляд – Вибір вигляду…
4. У меню, що випадає, натисніть іконку Графік і натисніть Ок.
5. У лівому вікні запису експериментів відкрийте Об’єкт 1– Координата х, і Об’єкт 2 – Координата х.
6. Виокремте Першим курсором момент початку руху першої кульки.
7. Виокремте Другим курсором момент зіткнення.
8. У верхньому меню оберіть кнопку Лінійне наближення.
9. Під вікном графіка прочитайте рівняння х(t) і запишіть його, використовуючи відповідні позначення. Зверніть увагу на те, що рівняння починається з позначення f(x), де х – це значення часу.
10. Занесіть до таблиці значення модуля швидкості кульки v1до зіткнення.
11. У випадку продовження руху першої кульки повторіть попередні дії і запишіть швидкість кульки u1 після зіткнення.
Аналіз даних експерименту
12. Виокремте Першим курсором момент початку руху другої кульки.
13. Виокремте Другим курсором момент зупинки запису координат.
14. У верхньому меню оберіть кнопку Лінійне наближення.
15. Під вікном графіка прочитайте рівняння зміни координати х кульки. Зверніть увагу на те, що рівняння починається з позначення f(x), де х – це значення часу.
16. Запишіть рівняння зміни координати кульки х(t) з використанням відповідних позначень.
17. Запишіть у таблицю значення швидкості другої кульки u2 після зіткнення.
18. За допомогою терезів визначте маси кульок m1, m2 і запишіть їх у таблицю.
19. Розрахуйте і запишіть у таблицю значення імпульсу системи до і після зіткнення p1 = m1v1 + m1u1; p2 = m2u2.
Приклад проведення аналізу (3)
Аналіз даних експерименту
20. Визначте середню відносну похибку у значенні імпульсів системи до і після зіткнення.
21. Після заповнення таблиці запишіть висновки.
Таблиця результатів
Додаткові коментарі
Аналіз відеозапису експерименту базується на невеликій кількості точок. Точки визначаються користувачем з точністю, яка залежить тільки від самого користувача. Виходячи з цього, точність побудованих графіків буде залежати від кількості вибраних точок і точності їх визначення. За явної невідповідності отриманого результату з реальними значеннями необхідно знайти пункт у кроках відео аналізу, який був виконаний неправильно. Зверніть увагу на формат запису і кількість кадрів за секунду. За явної невідповідності отриманого результату до реальних значень необхідно знайти пункт у кроках відео аналізу, який був виконаний неправильно. Зверніть увагу на формат запису і кількість кадрів за секунду, оскільки саме їх невідповідність до вимог програми може бути причиною помилкового аналізу відео. Для проведення корегування в меню Аналізу відеозапису присутні додаткові можливості, з якими можна ознайомитися у файлі Допомога у головному меню програми. Найбільш вдалим зіткненням можна вважати центральне зіткнення, але і при дотичному зіткненні можна отримати порівняння проекцій імпульсів на вісь х. Ідеального співпадання імпульсів досягнути не можна, оскільки у взаємодії присутні сили тертя і опору.
.
.
.
.
момент початку руху першої кульки.
момент зіткнення.
.
