za pomocą wahadła balistycznego I. C24 Wyznaczanie prędkości ruchu pocisku

(1)

P RACOWNIA D OZYMETRII P ROMIENIOWANIA J ONIZUJĄCEGO

Instytut Fizyki

Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie

Numer ćwiczenia

C24

Temat ćwiczenia

Wyznaczanie prędkości ruchu pocisku za pomocą wahadła balistycznego

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczanie prędkości ruchu pocisku za pomocą wahadła balistycznego skretnego.

II. Wstęp teoretyczny

Wahadło balistyczne skrętne jest przyrządem przeznaczonym do wyznaczania prędkości pocisku. Wahadło ma postać masywnego ciała zawieszonego na poziomym metalowym pręcie obracającym się wokół pionowej osi. Na obu końcach pręta zamocowane są tarcze (miseczki wypełnione plasteliną). Pocisk uderzający w tarczę powoduje wychylenie wahadła o pewien kąt, wahadło wprawione w ruch obrotowy wykonuje drgania skrętne.

Moment kierujący D sprężyny wahadła oraz stałą część momentu bezwładności wahadła I

0

można obliczyć ze wzorów (1) i (2):

(1)

(2) Prędkość lotu pocisku wyznacza się wg wzoru (3):

(3)

α

_max

– maksymalny kąt odchylenia wahadła m – masa pocisku

M – masa ciężarka

r – odległość od osi obrotu wahadła do środka pocisku, w miejscu wklejenia się go w plastelinę

R

1

, R

2

– odległości od osi obrotu wahadła do środka masy ciężarków w pierwszym i drugim położeniu ciężarków, przy czym R

1

> R

2

T

1

, T

2

– okres wahnięć dla pierwszego i drugiego położenia ciężarków

(2)

P RACOWNIA D OZYMETRII P ROMIENIOWANIA J ONIZUJĄCEGO

Instytut Fizyki

Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie III. Zagadnienia kolokwium wstępnego

Drgania harmoniczne

Ruch obrotowy bryły sztywnej Zasady dynamiki bryły sztywnej

IV. Wykaz używanych przyrządów Wahadło balistyczne skrętne FPM-09

V. Kolejność wykonywania czynności 1. Pomiar okresu drgań wahadła

W tym celu należy:

(a) zapoznać się z instrukcją przyrządu a następnie włączyć urządzenie pomiarowe (b) maksymalnie rozsunąć ciężarki (R

1

= max) i zmierzyć odległość R

1

(c) wyzerować wahadło, tzn. ustawić wahadło w pozycji α = 0

(d) wystrzelić pocisk z urządzenia strzelającego i zmierzyć maksymalny kąt wychylenia wahadła α

_max

oraz odległość r od osi obrotu wahadła do środka pocisku, w miejscu wklejenia się go w plastelinę

(e) włączyć i wyzerować miernik czasu

(f) odchylić wahadło o kąt α

max

, zwolnić miernik czasu i puścić wahadło

(g) zmierzyć czas t

₁

dziesięciu wahnięć, pomiar powtórzyć co najmniej pięć razy i obliczyć T

1

= t

1

/10

(h) zsunąć ciężarki maksymalnie (R

2

= min) i zmierzyć odległość R

2

(i) powtórzyć czynności wg punktów (c), (e) i (f)

(j) zmierzyć czas t

2

dziesięciu wahnięć, pomiar powtórzyć co najmniej pięć razy i obliczyć T

2

= t

₂

/10

VI. Uzyskane wyniki

Wyniki pomiarów zanotować w tabeli:

α

max

[rad] r [m] R

1

[m] t

₁

[s] T

₁

[s] R

2

[m] t

₂

[s] T

₂

[s]

Opracowanie części doświadczalnej powinno zawierać:

- protokół z wykonania ćwiczenia - tabelę z wynikami pomiarów

- obliczenia momentu kierującego D sprężyny wahadła oraz stałą część momentu bezwładności wahadła I

₀

za pomocą wahadła balistycznego I. C24 Wyznaczanie prędkości ruchu pocisku

P RACOWNIA D OZYMETRII P ROMIENIOWANIA J ONIZUJĄCEGO

Instytut Fizyki

Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie

Numer ćwiczenia

C24

Temat ćwiczenia

Wyznaczanie prędkości ruchu pocisku za pomocą wahadła balistycznego

I. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest wyznaczanie prędkości ruchu pocisku za pomocą wahadła balistycznego skretnego.

II. Wstęp teoretyczny

Moment kierujący D sprężyny wahadła oraz stałą część momentu bezwładności wahadła I

można obliczyć ze wzorów (1) i (2):

(1)

(2) Prędkość lotu pocisku wyznacza się wg wzoru (3):

(3)

α

– maksymalny kąt odchylenia wahadła m – masa pocisku

M – masa ciężarka

r – odległość od osi obrotu wahadła do środka pocisku, w miejscu wklejenia się go w plastelinę

R

, R

– odległości od osi obrotu wahadła do środka masy ciężarków w pierwszym i drugim położeniu ciężarków, przy czym R

> R

T

, T

– okres wahnięć dla pierwszego i drugiego położenia ciężarków

P RACOWNIA D OZYMETRII P ROMIENIOWANIA J ONIZUJĄCEGO

Instytut Fizyki

Akademia im. Jana Długosza w Częstochowie III. Zagadnienia kolokwium wstępnego

Drgania harmoniczne

Ruch obrotowy bryły sztywnej Zasady dynamiki bryły sztywnej

IV. Wykaz używanych przyrządów Wahadło balistyczne skrętne FPM-09

V. Kolejność wykonywania czynności 1. Pomiar okresu drgań wahadła

W tym celu należy:

(a) zapoznać się z instrukcją przyrządu a następnie włączyć urządzenie pomiarowe (b) maksymalnie rozsunąć ciężarki (R

= max) i zmierzyć odległość R

(c) wyzerować wahadło, tzn. ustawić wahadło w pozycji α = 0

(d) wystrzelić pocisk z urządzenia strzelającego i zmierzyć maksymalny kąt wychylenia wahadła α

oraz odległość r od osi obrotu wahadła do środka pocisku, w miejscu wklejenia się go w plastelinę

(e) włączyć i wyzerować miernik czasu

(f) odchylić wahadło o kąt α

, zwolnić miernik czasu i puścić wahadło

(g) zmierzyć czas t

dziesięciu wahnięć, pomiar powtórzyć co najmniej pięć razy i obliczyć T

= t

/10

(h) zsunąć ciężarki maksymalnie (R

= min) i zmierzyć odległość R

(i) powtórzyć czynności wg punktów (c), (e) i (f)

(j) zmierzyć czas t

dziesięciu wahnięć, pomiar powtórzyć co najmniej pięć razy i obliczyć T

= t

/10

VI. Uzyskane wyniki

Wyniki pomiarów zanotować w tabeli:

α

[rad] r [m] R

[m] t

[s] T

[s] R

[m] t

[s] T

[s]

Opracowanie części doświadczalnej powinno zawierać:

- protokół z wykonania ćwiczenia - tabelę z wynikami pomiarów

- obliczenia momentu kierującego D sprężyny wahadła oraz stałą część momentu bezwładności wahadła I

ze wzorów (1) i (2) oraz prędkość pocisku ze wzoru (3) - wnioski

VII. Bibliografia

1. D.Halliday, R.Resnick, J.Walker, Podstawy fizyki t.1, t.2, PWN, Warszawa 2003 2. J.Orear, Fizyka, t. 1 i 2, PWN, Warszawa 1998

3. B.Jaworski, A.Dietłaf, L.Miłkowska, Kurs fizyki, t.1, PWN, Warszawa 1981