2.5.1. Va chạm đàn hồi 2.5.1.1. Mục tiêu
- Đo vận tốc của 2 xe trượt trước và sau va chạm sử dụng aMixer MGA và 2 cổng quang điện.
- Hiểu hơn về sự bảo toàn động lượng trong va chạm đàn hồi
2.5.1.2. Dụng cụ
- 1 aMixer MGA, máy vi tính
- 2 cổng quang với bộ kết nối 2 cổng
- Những vật dụng trong bộ thí nghiệm cơ học – động lực học + 1 thanh đường dẫn
+ 1 khối cố định với tấm chắn
+ 2 xe trượt và 2 cán nhựa (màu đen) - 2 trụ đỡ với 2 kẹp
- 1 cân máy
2.5.1.3. Tiến hành thí nghiệm
* Chuẩn bị
- Bước 1: Mở aMixer MGA, kết nối 2 cổng quang điện với CH1 và CH2 của aMixer MGA. Kết nối thiết bị aMixer MGA với máy tính và chạy phần mềm hỗ trợ. - Bước 2: Gắn bộ va chạm vào xe trượt A (Hình 2.5.1.a), lắp đầu có ren của cán nhựa (màu đen) vào lỗ ở giữa xe trượt A rồi dùng vít vặn vào ren của cán để cố định cán nhựa (Hình 2.5.1.b). Làm tương tự với xe trượt B
- Bước 3: Đặt xe trượt A đã gắn bộ va chạm và cán nhựa lên cân máy, ghi lại giá trị thu được vào Bảng 1. Cũng làm tương tự với xe B.
Bảng 1.
M1 (khối lượng xe A) (kg) M2 (khối lượng xe B) (kg)
0,15 0,15
- Bước 4: Đặt thanh đường dẫn sao cho khi để xe lên nó không chuyển động. - Bước 5: Gắn khối cố định cùng tấm chắn vào đầu cuối của thanh đường dẫn. Đặt 2 xe lên thanh đường dẫn sao cho 2 bộ va chạm đối diện nhau.
- Bước 6: Gắn 2 cổng quang điện vào giá đỡ. Điều chỉnh độ cao sao cho khi xe di chuyển thì cán nhựa đen sẽ che tia hồng ngoại của cổng quang điện.
- Bước 7: Đặt các giá đỡ sao cho các cổng quang cách nhau 25 cm (cổng quang điện 1 gắn với CH1 và cổng 2 gắn với CH2). Đặt xe A và xe B sao cho cán nhựa cách cổng quang 1 và 2 lần lượt là 5 cm và 2 cm (Hình 2.5.2).
Hình 2.5.2. Bố trí thí nghiệm * Thu thập số liệu
- Bước 8: Kích vào biểu tượng trên phần mềm để bắt đầu thu thập dữ liệu. Nhẹ nhàng đẩy xe A chuyển động về phía xe B. Quan sát chuyển động của xe A và B trước và sau va chạm, ghi lại quan sát vào Bảng 2.
Bảng 2
Quan sát và mô tả chuyển động của xe A và xe B trước và sau va chạm
- Trước va chạm: xe A chuyển động lại gần xe B, xe B đứng yên - Sau va chạm: xe A đứng yên, xe B chuyển động ra xa xe A
- Bước 9: Khi cán của xe B chuyển động qua cổng quang điện 2, kích vào biểu tượng để dừng thu thập dữ liệu. Ta sẽ thu được đồ thị từ 2 cổng quang với 3 vùng trũng (vùng trũng xanh xuất hiện khi cán xe A đi qua cổng quang 1, vùng trũng đỏ xuất hiện khi cán xe B đi qua cổng quang 2).
Hình 2.5.3
- Bước 10: Kích vào biểu tượng để phóng to đồ thị.
- Bước 11: Kích vào biểu tượng rồi nhấn vào cạnh đi xuống của đường trũng xanh. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện trên đồ thị (Hình 2.5.4). Tiếp tục kích chọn vào điểm ở cạnh đi lên của đường trũng và dấu ‘+’ thứ 2 sẽ xuất hiện (Hình 2.5.5). Đọc giá trị “Độ lệch thời gian” và ghi lại giá trị vào Bảng 3 (được kí hiệu T1).
- Bước 12: Kích vào biểu tượng để xóa đi các dấu ‘+’ và giá trị vừa đọc được. Kích vào biểu tượng để thu nhỏ đồ thị đến khi nào cả 2 đường trũng đỏ và xanh xuất hiện.
- Bước 13: Lặp lại bước 10 và 11 nhưng với đường trũng màu đỏ, ghi lại giá trị vào Bảng 3 (được kí hiệu T2).
- Bước 14: Lặp lại thí nghiệm thêm 4 lần nữa. Mỗi lần như vậy ta đặt xe A và xe B về vị trí ban đầu rồi đẩy xe A chuyển động. Ghi lại các giá trị T1 và T2 vào Bảng 3 và xử lý kết quả.
2.5.1.4. Xử lý và phân tích kết quả
Bảng 3. Kết quả thu được qua các lần đo
d = 0,012(m) Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 T1(s) 0,02424 0,02133 0,01754 0,01777 0,02083 T2(s) 0,02487 0,02146 0,01676 0,01819 0,02107 v1 = d/T1(m/s) 0,495049505 0,5625879 0,68415051 0,6752954 0,576092175 v2 = d/T2(m/s) 0,482509047 0,55917987 0,71599045 0,6597031 0,569530138 m1v1(kgm/s) 0,074257426 0,08438819 0,10262258 0,1012943 0,086413826 m2v2(kgm/s) 0,072376357 0,08387698 0,10739857 0,0989555 0,085429521 2.5.1.5. Kết luận
Qua kết quả đo đạc và tính toán ta nhận thấy động lượng của hệ (2 xe) trước và sau va chạm gần như bằng nhau. Điều đó có nghĩa là động lượng của hệ được bào toàn. Sai số xuất hiện ở đây có nguyên nhân là do ma sát giữa xe và thanh đường dẫn. Như vậy, thí nghiệm với thiết bị Addest nhỏ gọn, lắp đặt đơn giản, giá trị thu được định lượng. Ngoài ra, ta cũng có thể phân tích kết quả thu được trong bảng số liệu.
2.5.2. Va chạm không đàn hồi 2.5.2.1. Mục tiêu
- Đo vận tốc của 2 xe trượt trước và sau va chạm sử dụng aMixer MGA và 2 cổng quang điện
- Hiểu hơn về sự bảo toàn động lượng trong va chạm không đàn hồi.
2.5.2.2. Dụng cụ
- 1 aMixer MGA, máy vi tính - 2 cổng quang với tay cầm
+ 1 khối cố định với tấm chắn + 2 xe trượt
+ 2 cán nhựa (màu đen) - 2 trụ đỡ với 2 kẹp
- 1 cân máy
2.5.2.3. Tiến hành thí nghiệm
* Chuẩn bị
- Bước 1: Mở aMixer MGA, kết nối 2 cổng quang điện với CH1 và CH2 của aMixer MGA. Kết nối thiết bị aMixer MGA với máy tính và chạy phần mềm hỗ trợ. - Bước 2: Lắp đầu có ren của cán nhựa (màu đen) vào lỗ ở giữa xe trượt A rồi dùng vít vặn vào ren của cán để cố định cán nhựa. Làm tương tự với xe trượt B
- Bước 3: Đặt xe trượt A đã gắn cán nhựa lên cân máy, ghi lại giá trị thu được vào Bảng 1. Cũng làm tương tự với xe B.
Bảng 1
m1 (khối lượng xe A) (kg) m1+m2 (khối lượng cả 2 xe ) (kg)
0,135 0,27
- Bước 4: Đặt thanh đường dẫn sao cho khi đặt xe lên nó không chuyển động. - Bước 5: Gắn khối cố định cùng tấm chắn vào đầu cuối của thanh đường dẫn. Đặt 2 xe lên thanh đường dẫn sao cho 2 băng dán đối diện nhau (Hình 2.5.6).
Hình 2.5.6
- Bước 6: Gắn 2 cổng quang điện vào giá đỡ. Điều chỉnh độ cao sao cho khi xe di chuyển thì cán nhựa đen sẽ che tia hồng ngoại của cổng quang điện.
- Bước 7: Đặt các giá đỡ sao cho các cổng quang cách nhau 20 cm (gọi cổng quang điện 1 gắn với CH1 và cổng 2 gắn với CH2). Đặt xe A và xe B sao cho cán nhựa cách cổng quang 1 và 2 lần lượt là 5 cm và 2 cm (Hình 2.5.7).
Hình 2.5.7. Bố trí thí nghiệm * Thu thập dữ liệu
- Bước 8: Kích vào biểu tượng trên phần mềm hỗ trợ để bắt đầu thu thập dữ liệu. Nhẹ nhàng đẩy xe A chuyển động về phía xe B. Quan sát chuyển động của xe A và B trước và sau va chạm, ghi lại quan sát vào Bảng 2.
Bảng 2
Quan sát và mô tả chuyển động của xe A và xe B trước và sau va chạm
- Trước va chạm: xe A chuyển động lại gần xe B, xe B đứng yên
- Sau va chạm: xe A dính vào xe B và cùng chuyển động với cùng vận tốc
- Bước 9: Khi cán của xe B chuyển động qua cổng quang điện 2, kích vào biểu tượng để dừng thu thập dữ liệu. Ta sẽ thu được đồ thị từ 2 cổng quang với 3 vùng trũng (vùng trũng xanh xuất hiện khi cán xe A đi qua cổng quang 1, vùng trũng đỏ xuất hiện khi cán xe B đi qua cổng quang 2) (Hình 2.5.8).
- Bước 10: Nhấn vào biểu tượng để phóng to đồ thị.
- Bước 11: Kích vào biểu tượng rồi kích vào cạnh đi xuống của đường trũng xanh. Một dấu ‘+’ sẽ xuất hiện trên đồ thị. Tiếp tục kích chọn vào điểm ở cạnh đi lên của đường trũng và dấu ‘+’ thứ 2 sẽ xuất hiện. Đọc giá trị “Độ lệch thời gian” và ghi lại giá trị vào Bảng 3 (được kí hiệu T1) (Hình 2.5.9).
- Bước 12: Kích vào biểu tượng để xóa đi các dấu ‘+’ và giá trị vừa đọc được. Kích vào biểu tượng để thu nhỏ đồ thị đến khi nào cả 2 đường trũng đỏ và
xanh xuất hiện. Hình 2.5.9
- Bước 13: Lặp lại bước 10 và 11 nhưng với đường trũng màu đỏ, ghi lại giá trị vào Bảng 3 (được kí hiệu T2).
- Bước 14: Lặp lại thí nghiệm thêm 4 lần nữa. Mỗi lần như vậy ta đặt xe A và xe B về vị trí ban đầu rồi đẩy xe A chuyển động. Ghi lại các giá trị T1 và T2 .
Bảng 3 Lần 1 Lần 2 Lần 3 Lần 4 Lần 5 T1(s) 0,02213 0,01908 0,01883 0,01989 0,01899 T2(s) 0,03773 0,03903 0,03905 0,04655 0,03337 v1(m/s) 0,38071 0,46893 0,57720 0,50398 0,43588 v2(m/s) 0,18679 0,23010 0,2801 0,24891 0,21242 m1v1(kgm/s) 0,07614 0,09378 0,11544 0,10079 0,08717 (m1+m2)v2(kgm/s) 0,07471 0,09204 0,11207 0,09956 0,08497 2.5.2.4. Kết luận
Từ kết quả tính toán ta thấy động lượng của hệ trước va chạm và sau va chạm gần như bằng nhau. Như vậy thí nghiệm với thiết bị aMixer MGA nhỏ gọn, lắp đặt đơn giản, giá trị thu được định lượng. Ngoài ra, ta cũng có thể phân tích kết quả thu được trong bảng số liệu.