Bảo toàn động lượng trên đệm khí

Thí nghiệm vật lý: Nghiệm định luật bảo toàn động lượng trên đệm khí

Thí nghiệm vật lý nghiệm định luật bảo toàn Động lợng trên đệm không khí Dụng cụ : 1. Đệm không khí và giá đỡ có thớc thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ; 2. Bơm nén khí và ống dẫn khí ; 3. Hai xe trợt có bản chắn sáng (hình chữ U); 4. Bốn đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá; 5. Hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính ; 6. Bộ quả gia trọng 2x50g và 2x100g ; 7. Hai máy đo thời gian hiện số kiểu MC-963 ; 8. Hai đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại . I. Cơ sở lý thuyết 1. Định luật bảo toàn động lợng Một vật, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia tốc (Hình 1). Theo định luật Newton thứ hai : Gia tốc a của vật cùng hớng và tỷ lệ thuận với lực tổng hợp F tác dụng lên vật và tỷ lệ nghịch với khối lợng m của vật đó : mFa = (1) Đơn vị đo của lực F là newton (N), của khối lợng m là kilôgam (kg) và của gia tốc a là mét trên giây bình phơng (m/s2 ). Công thức (1) có thể viết dới dạng : Fa.m = (2) Phơng trình (2) gọi là phơng trình cơ bản của động lực học chất điểm, nó cũng đúng đối với vật rắn chuyển động tịnh tiến. Từ phơng trình này ta suy ra hệ quả sau : nếu lực tổng hợp tác dụng lên vật triệt tiêu F = 0 thì 0dtdva == , = const và vật chuyển động thẳng đều. Vận tốc của vật chuyển động thẳng đều có trị số bằng : v=st = const (3) F2 A B F1 với s là đoạn đờng vật đã đi đợc trong khoảng thời gian t . m1 m2 Thay a =dvdt vào phơng trình (2) và chú ý rằng m const=, ta đợc : Hình 2 d mvdtdKdtF( )= = (4) Vectơ K mv= gọi là động lợng của vật và đặc trng cho trạng thái động lực học của vật . áp dụng phơng trình (4) đối với hệ cô lập gồm hai vật có khối lợng là m1 và m2 tơng tác với nhau bằng các lực F1 và F2 (Hình 2) , ta có : dKdtd m vdtF2 2 21= =( ) và dKdtd m vdtF1 1 12= =( ) Cộng vế với vế của hai phơng trình trên , ta đợc : dKdtdKdtd m vdtd m vdtF F1 2 1 1 2 21 2+ = + = +( ) ( ) hay d K Kdtd m v m vdtF F( ) ( )1 2 1 1 2 21 2+=+= + Theo định luật Newton thứ ba : F F2 1= , nên F F1 20+ =, suy ra : a F m Hình 1 2 K K m v m v const1 2 1 1 2 2+ = + = (5) Công thức (5) gọi là định luật bảo toàn động lợng và phát biểu nh sau : " Tổng động lợng của hệ vật cô lập bảo toàn ". Nếu hệ cô lập gồm n vật, phơng trình (5) sẽ viết thành : K m v consti iin= ==1 (6) Chú ý : Đối với hệ vật không cô lập, nhng tổng hợp các ngoại lực tác dụng lên hệ vật triệt tiêu thì tổng động lợng của hệ vật cũng bảo toàn . 2. Quá trình va chạm giữa hai vật Giả sử một hệ gồm hai vật có khối lợng m1 và m2 chuyển động không ma sát theo phơng ngang với vận tốc tới va chạm xuyên tâm vào nhau . Khi đó tổng hợp các ngoại lực (gồm trọng lực và phản lực của mặt giá đỡ) tác dụng lên hệ vật triệt tiêu, nên theo (5), tổng động lợng của hệ vật bảo toàn . Gọi v1,v2,v1,v2 là vận tốc của hai vật m1 và m2 trớc và sau khi va chạm. Xét hai trờng hợp : a. Va chạm đàn hồi : Sau va chạm, hai vật m1 và m2 chuyển động với vận tốc v1 và v2 có trị số khác nhau : v1v2. Trong trờng hợp này, phơng trình đại số biểu diễn định luật bảo toàn động lợng áp dụng đối với hệ hai vật m1 và m2 có dạng : m v m v m v m v1 1 2 2 1 1 2 2/ /+ = + (7) Nếu trớc va chạm, vật m1 đứng yên( )v10=, thì phơng trình (7) viết thành : m v m v m v1 1 2 2 2 2/ /+ = (8) b. Va chạm mềm (không đàn hồi) : Sau va chạm, hai vật m1 và m2 gắn chặt vào nhau và chuyển động với cùng vận tốc v.Trong trờng hợp này, phơng trình đại số biểu diễn định luật bảo toàn động lợng áp dụng đối với hệ hai vật m1 và m2 có dạng : 221121vmvmv)mm( +=+ (9) Nếu trớc va chạm, vật m1 đứng yên )v( 02=, thì phơng trình ( 9 ) viết thành : 1121vmv)mm( =+ (10) Trong thí nghiệm này, ta nghiệm lại định luật bảo toàn động lợng đối với quá trình va chạm đàn hồi và va chạm mềm giữa hai xe trợt trên đệm không khí (Hình 3) . Thiết bị đệm không khí gồm một hộp H bằng kim loại (dài khoảng 1200 cm), một đầu bịt kín và đầu còn lại nối thông với một bơm nén không khí P. Hộp H có dạng hình mái nhà và trên mặt của nó có hai dãy lỗ nhỏ phân bố đều nhau để khí nén phụt ra ngoài. Hai xe trợt X1 và X2 có thể chuyển động trên mặt hộp H . T C1 C2 m/ Đ1 Đ2 P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X1 V1 X2 V2 H máy đo thời gian máy đo thời gian mc - 963 mc - 963 Hình 3 3 Khi cho bơm nén P thổi không khí vào trong hộp H, các luồng không khí nén thoát ra từ các lỗ nhỏ, nâng hai xe trợt X1 và X2 lên khỏi mặt của ống H, tạo ra một lớp đệm không khí (dày cỡ 0,5ữ1 mm). Khi đó các xe trợt X1 và X2 có thể chuyển động trên lớp đệm không khí với ma sát không đáng kể. ở đỉnh mỗi xe trợt này có lắp một bản chắn sáng C1 hoặc C2 hình chữ U. Khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản đều bằng s . Muốn xác định vận tốc của xe trợt X1 và X2 trên đệm không khí, ngời ta dùng hai máy đo thời gian hiện số MC-963 (Hình 4) để đo khoảng thời gian chắn sáng t của bản C1 hoặc C2 khi chúng đi qua cảm biến thu-phát quang điện Đ1 hoặc Đ2 . Nếu các xe X1 và X2 chuyển động thẳng đều, vận tốc của chúng sẽ tính theo công thức (3) với s là khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản C1 hoặc C2 . II. Trình tự thí nghiệm 1. Điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang a. Lắp thêm vào mỗi đầu của hộp H một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá. Đặt hai cảm biến Đ1 Đ2 nằm trong khoảng giữa của mặt hộp H tại hai vị trí cáh nhau 40ữ50cm trên thớc thẳng T. Cắm đầu dây của cảm biến Đ1 và Đ2 vào ổ A trên mặt mỗi máy đo thời gian MC-963. Cắm phích lấy điện của hai máy đo thời gian MC-963 vào nguồn điện ~220V. Bấm khóa K trên các mặt máy này : các chữ số sẽ hiện thị trên các cửa sổ n = N -1 và "Time". Vặn núm chuyển mạch chọn cách đo "MODE" sang vị trí n = N/2 . Gạt núm chuyển mạch chọn thang đo "TIME RANGE" sang vị trí 9,999 s. b. Đặt xe trợt X1 (có bản chắn sáng C1 , không mang gia trọng m/ ) nằm trên mặt hộp H trong khoảng giữa hai cảm biến Đ1 Đ2 . Cắm phích lấy điện của bơm nén khí P vào nguồn điện ~220V để nén không khí vào hộp H. Nếu xe trợt X1 bị trôi về một phía thì ta phải dùng tay giữ nhẹ xe trợt X1 , đồng thời vặn từ từ vít V1 hoặc V2 để điều chỉnh độ cao của một trong hai đầu của hộp H sao cho khi buông nhẹ tay thì xe trợt X1 tự nó đứng yên. Khi đó đệm không khí đã đợc điều chỉnh cân bằng thẳng ngang . Kiểm tra lại vị trí cân bằng này theo thứ tự sau : - Đặt xe trợt X1 ở gần một đầu của hộp H phía ngoài hai cảm biến Đ1 Đ2 ; - Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian MC-963 để các số hiện thị trên cửa sổ "tIME" trở về trạng thái "0" ; - Đẩy xe trợt X1 đi qua hai cảm biến Đ1 Đ2 với vận tốc đủ lớn (thí dụ, nên chọn vận tốc ứng với khoảng cách mm30s = sao cho thời gian chắn sáng của bản C1 đi qua các cảm biến Đ1 hoặc Đ2 bằng ms120100t ữ=). Khi đó nếu số đo khoảng thời gian chắn sáng trên hai máy đo thời gian hiện số MC-963 bằng nhau (hoặc chênh nhau 0,001 s) thì có thể coi chuyển động của xe trợt X1 trên đệm không khí là thẳng đều và đệm không khí đã cân bằng thẳng ngang. Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm. 2. Khảo sát quá trình va chạm đàn hồi a. Đặt xe trợt X1 (không mang gia trọng) nằm ở gần đầu của hộp H phía ngoài hai cảm biến Đ1 Đ2 . Đồng thời, đặt thêm xe trợt X2 (mang hai gia trọng 2m/ ) nằm trên mặt hộp H phía trong hai cảm biến Đ1 Đ2 , nhng gần Đ2 hơn. Trong trờng hợp này, cần lắp thêm vào mỗi đầu đối diện của hai xe trợt X1 và X2 một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá. Bấm nút "RESET" của hai máy đo thời gian MC-963 để các số chỉ thị trên cửa sổ "TIME" chuyển về trạng thái "0. máy đo thời gian MC - 963 0 0 0 0 0 0 A+B AB n=N-1 Time B n=50 A n= N/2 mode 9,999 99,99 A B RESET time range K Hình 4 4 b. Đẩy xe trợt X1 chuyển động đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn tới va chạm vào xe trợt X2 đang đứng yên. Sau va chạm, xe trợt X1 đổi chiều chuyển động đi qua cảm biến Đ1 lần thứ hai và xe trợt X2 chuyển động thuận chiều ban đầu đi qua cảm biến Đ2 . Gọi 1t , t1/ là các khoảng thời gian chắn sáng tơng ứng khi bản C1 đi qua cảm biến Đ1 trớc và sau va chạm, còn t2/ là khoảng thời gian chắn sáng khi bản C2 đi qua cảm biến Đ2 sau va chạm. Nếu t là khoảng thời gian chắn sáng tổng cộng khi tấm chắn C1 đi qua cảm biến Đ1 trong cả hai lần (trớc và sau va chạm) thì 11ttt =. Đọc và ghi vào bảng 1 các giá trị 1t , t1/ và t2/ . Vận tốc chuyển động của hai xe trợt X1 và X2 trớc và sau va chạm tính theo công thức : 11tsv =, 02=v , vst11//= , vst22//= (11) trong đó s là khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản C1 hoặc C2 . c. Thực hiện động tác trên 5 lần. Đọc và ghi vào bảng 1 giá trị của t t t2 1 2, ,/ / trong mỗi lần đo để tính các vận tốc 1v , 1v , 2v. Chú ý xác định chiều (+ hoặc -) của các vận tốc 1v , 1v , 2v . Định luật bảo toàn động lợng sẽ đợc nghiệm đúng, nếu tổng đại số các động lợng sau va chạm của hai xe trợt X1 và X2 bằng tổng đại số các động lợng trớc va chạm của chúng : M v M v M v1 1 2 2 2 2/ /+ = (12) ở đây M1= 11011mmm ++ là khối lợng tổng cộng của xe trợt X1 với m1 là khối lợng của xe trợt X1 , m01 là khối lợng của bản chắn sáng C1 và 11m là khối lợng của đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá gắn vào xe trợt X1 ; còn m2mmmM210222+++= là khối lợng tổng cộng của xe trợt X2 với m2 là khối lợng của xe trợt X2 ,m02 là khối lợng của bản chắn sáng C2 , m21 là khối lợng của đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá và m/là khối lợng của mỗi gia trọng gắn vào xe trợt X2 . 3. Khảo sát quá trình va chạm mềm (không đàn hồi) a. Tháo tấm chắn C2 ra khỏi xe trợt X2 (mang hai gia trọng 2m/ ). Thay hai đầu va chạm đàn hồi trên hai đầu đối diện của hai xe trợt X1 và X2 bằng hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính. Sau đó, đặt hai xe trợt X1 và X2 tại các vị trí nh mục II.2,a. Bấm nút "RESET" của hai máy đo thời gian MC-963 để các số hiện trên cửa sổ "THời GIAN" chuyển về trạng thái "0". b. Đẩy xe trợt X1 (không mang gia trọng) chuyển động đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn1v tới va chạm vào xe trợt X2 đang đứng yên )0v(2=. Sau va chạm, hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính vào nhau nên cả hai xe trợt X1 và X2 tiếp tục chuyển động với cùng vận tốc v/ đi qua cảm biến Đ2 thuận chiều ban đầu. Đọc và ghi vào bảng 2 khoảng thời gian chắn sáng t/ khi bản C1 đi qua cảm biến Đ2 . Vận tốc của hai xe trợt X1 và X2 trớc và sau va chạm đợc tính theo công thức : 11tsv = , 0v2= , v v vst1 2/ / //= = = (13) c. Thực hiện động tác trên 5 lần. Đọc và ghi vào bảng 2 các giá trị của t t2,/trong mỗi lần đo để tính các vận tốc 1v và v. Định luật bảo toàn động lợng sẽ đợc nghiệm đúng, nếu tổng động lợng sau va chạm của hai xe X1 và X2 bằng tổng đại số các động lợng trớc va chạm của chúng : 1121vMv).MM(=+ (14) 5 ở đây 110111mmmM++= là khối lợng tổng cộng của xe trợt X1 với m1 là khối lợng của xe trợt X1 , 01mlà khối lợng của bản chắn sáng C1 và 11m là khối lợng của đầu va chạm mềm có dán vải gai móc dính gắn vào xe trợt X1 ; còn m2mmM2222++= với m2 là khối lợng của xe trợt X2 , 22m là khối lợng của đầu va chạm mềm có dán vải gai móc dính và m/là khối lợng của mỗi gia trọng gắn vào xe trợt X2 . 4. Đọc và ghi các số liệu sau đây vào bảng 1 và bảng 2 : - Khối lợng m1 của xe trợt X1 và khối lợng m2 của xe trợt X2 . - Khối lợng m01 của tấm chắn C1 và khối lợng m02 của tấm chắn C2 . - Khối lợng m/ của mỗi gia trọng (hình chữ nhật). - Khối lợng m21 và m22 của các đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá. - Khối lợng 11m và 22m của các đầu va chạm mềm có dán vải gai móc dính . - Khoảng cách s giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản chắn sáng C1 hoặc C2 . III. Câu hỏi kiểm tra 1. Phát biểu định luật bảo toàn động lợng . 2. Phân biệt các quá trình va chạm đàn hồi và va chạm mềm (không đàn hồi) giữa hai vật. 3. Mô tả nguyên tắc hoạt động của thiết bị đệm không khí và phơng pháp đo khoảng thời gian chuyển động của các xe trợt trên đệm không khí bằng máy đo thời gian hiện số MC-963 với các cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại. 4. Trình bày phơng pháp nghiệm định luật bảo toàn động lợng trong các quá trình va chạm đàn hồi giữa hai xe trợt trên đệm không khí . 5. Trình bày phơng pháp nghiệm định luật bảo toàn động lợng trong các quá trình va chạm mềm (không đàn hồi) giữa hai xe trợt trên đệm không khí . 6. Trớc khi tiến hành thí nghiệm này, tại sao cần phải điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang ? 7. Trong thí nghiệm này, tại sao phải đẩy xe trợt X1 đi qua cảm biến Đ1 với vận tốc đủ lớn chuyển động tới va cham vào xe trợt X2 ? 8. Hiện tợng nội ma sát (hay ma sát nhớt) trong lớp đệm không khí có ảnh hởng đối với kết quả thí nghiệm không ? Tại sao ? 6 Báo cáo thí nghiệm nghiệm định luật bảo toàn động lợng trên đệm không khí Xác nhận của thày giáo Trờng Đại học Bách khoa Hànội Lớp .Tổ . Họ tên . I. Mục đích thí nghiệm . II. kết quả thí nghiệm 1. Nghiệm định luật bảo toàn động lợng đối với va chạm đàn hồi Bảng 1 m1 = . (kg) m2 = (kg) m/ = (kg) s = .(mm) 01m = (kg) 02m = (kg) m11 = (kg) m21 = (kg) Lần đo v1 = 0 (m/s) t2 (s) v2 (m/s) t1/ (s) v1/ (m/s) t2/ (s) v2/ (m/s) 1 2 3 a. Tính tổng động lợng của hệ hai xe X1 và X2 trong va chạm đàn hồi Lần đo K = M2 .v2 (kg.m/s) K/ = M1 .v1/ + M2 .v2/ (kg.m/s) =KK=K KK 1 2 3 b. Kết luận Trong va chạm đàn hồi, định luật bảo toàn động lợng đợc nghiệm với độ sai lệch tỷ đối = .% 7 2. Nghiệm định luật bảo toàn động lợng đối với va chạm mềm Bảng 2 m1 = . (10-3 kg) m2 = . (10-3 kg) m/= (10-3 kg) s = .(mm) 01m = (kg) 02m = (kg) 11m = (10-3 kg) 22m = (10-3 kg) Lần đo v1 = 0 (m/s) t2 (s) v2 (m/s) t / (s) v1/ = v2/ = v / (m/s) 1 2 3 a.Tính tổng động lợng của hệ hai xe X1 và X2 trong va chạm mềm : Lần đo K = M2/ . v2 (kg.m/s) K/ = ( M1/+M2/).v / (kg.m/s) =KK=K KK 1 2 3 b. Kết luận : Trong va chạm mềm, định luật bảo toàn động lợng đợc nghiệm với độ sai lệch tỷ đối = .% 8 Thí nghiệm vật lý nghiệm định luật newton thứ hai trên đệm không khí Dụng cụ : 1. Đệm không khí và giá đỡ có thớc thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ; 2. Bơm nén khí và ống dẫn khí ; 3. Xe trợt có bản chắn sáng hình chữ I ; 4. Hai đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá; 5. Ròng rọc nhỏ và giá đỡ ; 6. Cốc nhựa nhỏ có dây treo ; 7. Hộp quả cân 0ữ200g ; 8. Bộ gia trọng 2x50g và 2x100g ; 9. Hai máy đo thời gian hiện số MC-963 ; 10. Hai đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại . I. Cơ sở lý thuyết Một vật, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia tốc (Hình 1). Theo định luật Newton thứ hai : Gia tốc a của vật cùng hớng và tỷ lệ thuận với lực tổng hợp F tác dụng lên vật và tỷ lệ nghịch với khối lợng m của vật đó : a = Fm (1) Đơn vị đo của lực F là newton (N), của khối lợng m là kilôgam (kg) và của gia tốc a là mét trên giây bình phơng (m/s2 ). Từ công thức (1) ta suy ra hệ quả sau : nếu lực tổng hợp tác dụng lên vật triệt tiêu F = 0 thì 0dtdva == và = const , nghĩa là vật chuyển động thẳng đều. Vận tốc của vật chuyển động thẳng đều có trị số bằng : v=st = const (2) với s là đoạn đờng vật đi đợc trong khoảng thời gian t . Xét một hệ vật gồm một xe trợt X khối lợng M chuyển động trên một mặt phẳng ngang nhẵn do tác dụng kéo của một vật khối lợng m treo ở đầu một sợi dây mảnh không dãn vắt qua ròng rọc nhỏ R và nối với xe trợt X (Hình 2). M R m B d A Hình 2 Nếu bỏ qua ma sát, gia tốc a của hệ vật này tính theo định luật Newton thứ hai sẽ bằng : mMmgmMPa+=+= (3) Mặt khác, nếu đo đợc các vận tốc 1v và 2v của xe trợt X khi nó đi qua các vị trí A và B cách nhau một khoảng ABd=, thì ta có thể xác định gia tốc a của hệ vật này theo công thức : d.2vva2A2B= (4) a F m Hình 1 9 Trong thí nghiệm này, ta có thể nghiệm lại định luật Newton thứ hai bằng cách khảo sát chuyển động thẳng nhanh dần đều của xe trợt X trên đệm không khí (Hình 3) . Thiết bị đệm không khí gồm một hộp H bằng kim loại (dài khoảng 1200 cm), một đầu bịt kín và đầu còn lại nối thông với một bơm nén không khí P. Hộp H có dạng hình mái nhà và trên mặt của nó có hai dãy lỗ nhỏ phân bố đều nhau để khí nén phụt ra ngoài. Một xe trợt X1 mang hai gia trọng 2m/ có thể chuyển động trên mặt hộp H (Hình 3) . T C1 m / Đ1 Đ2 R P . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X1 V1 V2 H m máy đo thời gian máy đo thời gian mc - 963 mc - 963 Hình 3 Khi cho bơm nén P thổi không khí vào trong hộp H, các luồng không khí nén thoát ra từ các lỗ nhỏ, nâng xe trợt X1 lên khỏi mặt ống H, tạo ra một lớp đệm không khí (dày cỡ 0,5ữ1 mm). Khi đó xe trợt X1 có thể chuyển động trên lớp đệm không khí với ma sát không đáng kể. ở đỉnh của xe trợt này có lắp một bản chắn sáng C1 hình chữ I với độ rộng bằng s . Muốn xác định vận tốc của xe trợt X1 trên đệm không khí, ngời ta dùng hai máy đo thời gian hiện số MC-963 (Hình 4) để đo khoảng thời gian chắn sáng t của bản C1 khi nó đi qua cảm biến thu-phát quang điện Đ1 hoặc Đ2 . Nếu xe X1 chuyển động thẳng đều, vận tốc của nó sẽ tính theo công thức (2) với s là độ rộng của cạnh chữ I trên bản C1 . II. Trình tự thí nghiệm 1. Điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang a. Lắp thêm vào mỗi đầu của hộp H một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá. Đặt hai cảm biến Đ1 Đ2 nằm trong khoảng giữa trên mặt hộp H tại các vị trí cách nhau 40ữ50cm trên thớc thẳng T. Cắm đầu dây của cảm biến Đ1 và Đ2 vào ổ A trên mặt của mỗi máy đo thời gian MC-963. Cắm phích lấy điện của hai máy đo thời gian MC-963 vào nguồn điện ~220V. Bấm khóa K trên các mặt máy này : các chữ số sẽ hiện thị trên các cửa sổ n = N -1 và "Time". Vặn núm chuyển mạch chọn cách đo "MODE" sang vị trí A (ở tận cùng bên trái). Gạt núm chuyển mạch chọn thang đo "TIME RANGE" sang vị trí 9,999 s. b. Đặt xe trợt X1 (mang hai gia trọng 2m/ ) nằm trên mặt hộp H trong khoảng giữa hai cảm biến Đ1 Đ2 . Cắm phích lấy điện của bơm nén khí P vào nguồn điện ~220V để nén không khí vào hộp H. Nếu xe trợt X1 bị trôi về một phía, ta phải dùng tay giữ nhẹ xe trợt X1 , đồng thời vặn từ từ vít V1 hoặc V2 để điều chỉnh độ cao của một trong hai đầu của hộp H sao cho khi buông nhẹ tay thì xe trợt X1 tự nó đứng yên. Khi đó đệm không khí đã đợc điều chỉnh cân bằng thẳng ngang . máy đo thời gian MC - 963 0 0 0 0 0 0 A+B AB n=N-1 Time B n=50 A n= N/2 mode 9,999 99,99 A B RESET time range K Hình 4 10 Kiểm tra lại vị trí cân bằng này theo thứ tự sau : - Đặt xe trợt X1 ở gần một đầu của hộp H phía ngoài hai cảm biến Đ1 Đ2 ; - Bấm nút "RESET" của máy đo thời gian MC-963 để các số hiện thị trên cửa sổ "tIME" trở về trạng thái "0" ; - Đẩy xe trợt X1 đi qua hai cảm biến Đ1 Đ2 với vận tốc đủ lớn (thí dụ, nên chọn vận tốc ứng với độ rộng mm10s = sao cho thời gian chắn sáng ms4030t ữ=). Khi đó nếu số đo khoảng thời gian chắn sáng trên hai máy đo thời gian hiện số MC-963 bằng nhau (hoặc chênh nhau 0,001 s) thì có thể coi chuyển động của xe trợt X1 trên đệm không khí là thẳng đều và đệm không khí đã cân bằng thẳng ngang. Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm. 2. Xác định gia tốc a của xe trợt X1 chuyển động trên đệm không khí a. Dùng một sợi dây dài mảnh và không dãn vắt qua ròng rọc R để nối xe trợt X1 (mang hai gia trọng 2m / ) với một cốc nhựa khối lợng m0 , đồng thời giữ xe trợt X1 nằm ở sát một đầu của hộp H đối diện với đầu có lắp ròng rọc R nh hình 3. Chú ý thao tác nhẹ nhàng và không treo các vật hoặc các quả cân có khối lợng lớn hơn 20 gam vào ròng rọc R để tránh làm gãy hỏng kim nhọn ở hai đầu trục quay của nó. Bấm nút "RESET" của hai máy đo thời gian MC-963 để các số chỉ thị trên cửa sổ "TIME" chuyển về trạng thái "0. b. Bỏ thêm một quả cân nhỏ có khối lợng bằng 2 gam vào cốc nhựa m0 . Sau đó buông tay để xe trợt X1 chuyển động thẳng nhanh dần đều do tác dụng kéo của trọng lực g).2m(P0+= hớng thẳng đứng xuống dới, với g là gia tốc trọng trờng tại phòng thí nghiệm. Đọc và ghi vào bảng 1 số đo các khoảng thời gian chắn sáng Atvà Bt khi bản C1 có độ rộng bằng s lần lợt đi qua các cảm biến Đ1 và Đ2 đặt tại các vị trí A và B . Vận tốc của xe trợt X1 tại các vị trí A và B có giá trị gần đúng bằng : AAtsv = , BBtsv = (5) Nh vậy gia tốc của hệ vật nêu trên đợc đo bằng thực nghiệm theo các vận tốc Av và Bv có giá trị a xác định bởi công thức (4). c. Thực hiện 5 lần động tác II.2b bằng cách tăng dần số lợng quả cân đựng trong cốc nhựa m0 , mỗi lần lại bỏ thêm vào 1 quả cân 2 gam. Khi đó khối lợng của cốc nhựa và các quả cân 2 gam đựng trong cốc ứng với lần thứ 5,4,3,2,1n = tính theo công thức : n.2mm0+= 3. Nghiệm lại định luật Newton thứ hai a. Dùng cân kỹ thuật (có giới hạn đo 0 ữ 500gam và độ chính xác 0,5 ữ1,0 gam) để xác định lần lợt khối lợng của các phần trong hệ vật. Đọc và ghi vào bảng 1 các giá trị sau đây : - khối lợng mcủa xe trợt X1 (kèm theo bản chắn sáng C1 , đầu móc dùng buộc dây và các ốc vít của nó), - khối lợng m/ của mỗi gia trọng, - khối lợng m0 của cốc nhựa. Ghi chú : Cũng có thể cho biết sẵn giá trị các khối lợng m, m/ và m0 trên bàn thí nghiệm. b. áp dụng công thức (3) để tính giá trị gia tốc a của hệ vật theo định luật Newton thứ hai : mMg.m)n.2m()m2m(g).n.2m(a00+=++++= (6) c. So sánh giá trị a đo đợc bằng thực nghiệm với giá trị a tính theo định luật Newton thứ hai. Trong trờng hợp nếu sai số tơng đối %5aaaaa= , ta có thể kết luận : định luật Newton thứ hai đã đợc nghiệm đúng. [...]... thị trên cửa sổ "TIME" chuyển về trạng thái "0. máy đo thêi gian MC - 963 0 0 0 0 0 0 A+B A ↔ B n=N-1 Time B n=50 A n= N/2 mode 9,999 99,99 A B RESET time range K H×nh 4 Thí nghiệm vật lý nghiệm định luật bảo toàn Động lợng trên đệm không khí Dụng cụ : 1. Đệm không khí và giá đỡ có thớc thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ; 2. Bơm nén khí. .. chuyển động của xe trợt X 1 trên đệm không khí là thẳng đều và đệm không khí đà cân bằng thẳng ngang. Chú ý : Giữ nguyên vị trí cân bằng này của đệm không khí trong suốt quá trình thí nghiệm. 2. Khảo sát quá trình va chạm đàn hồi a. Đặt xe trợt X 1 (không mang gia trọng) nằm ở gần đầu của hộp H phía ngoài hai cảm biến Đ 1 Đ 2 . Đồng thời, đặt thêm xe trợt X 2 (mang hai gia trọng 2m / ) nằm trên. .. 3 Khi cho bơm nén P thổi không khí vào trong hộp H, các luồng không khí nén thoát ra từ các lỗ nhỏ, nâng hai xe trợt X 1 và X 2 lên khỏi mặt của ống H, tạo ra một lớp đệm không khí (dày cỡ 0,5ữ1 mm). Khi đó các xe trợt X 1 và X 2 có thể chuyển động trên lớp đệm không khí với ma sát không đáng kể. ở đỉnh mỗi xe trợt này có lắp một bản chắn sáng... 1 1 t s v = , 0v 2 = , v v v s t 1 2 / / / / = = = (13) c. Thực hiện động tác trên 5 lần. Đọc và ghi vào bảng 2 các giá trị của t t 2 , / trong mỗi lần đo để tính các vận tốc 1 v và v . Định luật bảo toàn động lợng sẽ đợc nghiệm đúng, nếu tổng động lợng sau va chạm của hai xe X 1 và X 2 bằng tổng đại số các động lợng trớc va chạm của chúng : 1121 vMv).MM( ′ = ′′ + ′ (14) ... trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản C 1 hoặc C 2 . II. Trình tự thí nghiệm 1. Điều chỉnh đệm không khí nằm cân bằng thẳng ngang a. Lắp thêm vào mỗi đầu của hộp H một đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá. Đặt hai cảm biến Đ 1 Đ 2 nằm trong khoảng giữa của mặt hộp H tại hai vị trí cáh nhau 40ữ50cm trên thớc thẳng T. Cắm đầu dây của cảm biến Đ 1 và Đ 2 vào ổ A trên mặt mỗi máy đo thời... và ống dẫn khí ; 3. Hai xe trợt có bản chắn sáng (hình chữ U); 4. Bốn đầu va chạm đàn hồi có vòng lò xo lá; 5. Hai đầu va chạm mềm có vải gai móc dính ; 6. Bộ quả gia trọng 2x50g và 2x100g ; 7. Hai máy đo thời gian hiện số kiểu MC-963 ; 8. Hai đầu cảm biến thu-phát quang điện hồng ngoại . I. Cơ sở lý thuyết 1. Định luật bảo toàn động lợng Một vật, chịu tác dụng của lực, sẽ chuyển động có gia... đo để tính các vËn tèc 1 v , 1 v ′ , 2 v ′ . Chó ý x¸c định chiều (+ hoặc -) của các vận tốc 1 v , 1 v , 2 v . Định luật bảo toàn động lợng sẽ đợc nghiệm đúng, nếu tổng đại số các động lợng sau va chạm của hai xe trợt X 1 và X 2 bằng tổng đại số các động lợng trớc va ch¹m cđa chóng : M v M v M v 1 1 2 2 2 2 / / + = (12) ở đây M 1 = 11011 mmm ++ là khối lợng tổng cộng của xe... cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản đều bằng s . Muốn xác định vận tốc của xe trợt X 1 và X 2 trên đệm không khí, ngời ta dùng hai máy ®o thêi gian hiƯn sè MC-963 (H×nh 4) ®Ĩ ®o khoảng thời gian chắn sáng t của bản C 1 hoặc C 2 khi chúng đi qua cảm biến thu-phát quang điện Đ 1 hoặc Đ 2 . Nếu các xe X 1 và X 2 chuyển động thẳng đều, vận tốc của chúng sẽ tính theo... biến Đ 1 Đ 2 . Cắm phích lấy điện của bơm nén khí P vào nguồn điện ~220V để nén không khí vào hộp H. Nếu xe trợt X 1 bị trôi về một phía thì ta phải dùng tay giữ nhẹ xe trợt X 1 , đồng thời vặn từ từ vít V 1 hoặc V 2 để điều chỉnh độ cao của một trong hai đầu của hộp H sao cho khi buông nhẹ tay thì xe trợt X 1 tự nó đứng yên. Khi đó đệm không khí đà đợc điều chỉnh cân bằng thẳng ngang . Kiểm... vào bảng 1 các giá trị 1 t , t 1 / và t 2 / . Vận tốc chuyển động của hai xe trợt X 1 và X 2 trớc và sau va chạm tính theo công thức : 1 1 t s v = , 0 2 =v , v s t 1 1 / / = , v s t 2 2 / / = (11) trong đó s là khoảng cách giữa hai mép bên trái của hai cạnh chữ U trên mỗi bản C 1 hoặc C 2 . c. Thực hiện động tác trên 5 lần. Đọc và ghi vào bảng 1 giá trị của t t t 2 1 2 , , / / . luật bảo toàn Động lợng trên đệm không khí Dụng cụ : 1. Đệm không khí và giá đỡ có thớc thẳng milimét và các vít điều chỉnh cân bằng ; 2. Bơm nén khí. luật bảo toàn động lợng trong các quá trình va chạm đàn hồi giữa hai xe trợt trên đệm không khí . 5. Trình bày phơng pháp nghiệm định luật bảo toàn động