Wstęp

              Celem ćwiczenia jest zbadanie zderzenia sprężystego . W czasie
doświadczenia zmierzona będzie zmiana pędu wózka i odpowiadający tej zmianie całkowity popęd siły. Ćwiczenie wykonane jest w pracowni współczesnych pomiarów (sala komputerowa). Postaram się teraz określić różnice jaka nastąpiła w zderzeniu z grubą i cienką  sprężyną . Oprócz tego ocenie zostanie poddany ruch ciała przed i po zderzeniu .

W swej pracy posługuje się graficzną metodą opisu zjawisk do tego będzie mi potrzebny komputer z naszej pracowni, który na wykresach przedstawiających zależności siły i prędkości od czasu wykreśli wyniki pomiarów. Do wykonania ćwiczenia niezbędny będzie INTERFEJS SCIENCE WORKSHOP 500 do wykreślenia pomiarów. Po przygotowaniu komputera przystępujemy do wykonywania naszego ćwiczenia na początku puszczamy wózek o masie m=0,5011kg z odległości 40 cm od czujnika siły , do którego przykręcona jest na razie cienka sprężyna . W chwili puszczania wózek nie wywiera żadnej siły na sprężynę .Dopiero w momencie zetknięcia z uderzeniem zderzakowym a więc w chwili zerowej siła wywołująca zmianę ruch wzrasta. W miarę ściskania sprężyny siła ta wzrasta by w chwili zatrzymania (spoczynku) wózek osiągnął wartość maksymalną F=3,5 N i znowu maleć do wartości zerowej. Gdy ciało uderza w przeszkodę siła działająca na ciało ulega zmianie w czasie trwania zderzenia.

A więc aby obliczyć całkowity popęd siły musimy skorzystać ze wzoru:

Dp= òFdt              [N×S]

Dp = 0,40109 [N×S]

Dp = Pk-Po

Dp=mv-(mv)

Dp=0,37063[kg×m\s]

Licząc zmianę pędu korzystamy ze wzoru: Dp = pk - po

p = pk - po = mv - (-mv)= mv + mv ~ 0,4kg m/s

W przypadku pozostałych pomiarów dokonanych na sprężynie cienkiej wyniki nie odbiegają od pozostałych pomiarów. Nieco inaczej przebiega sytuacja z grubszą sprężyną.

Tak jak to było ze sprężyną cienką na początku wózek nie wywiera żadnej siły na sprężynę grubą umieszczoną w odległości 40cm od czujnika siły. Dopiero w momencie zetknięcia siła gwałtownie wzrasta i mamy
do czynienia z jednym silnym zderzeniem o wartości 13N lub dwóch mniejszych o łącznej wartości 8N (odczytane z wykresu).

Takie różne wyniki świadczą również o tym, że wózek za każdym razem nieświadomie był puszczany z inną prędkością i siłą.

Z powyższego rozważania, a przede wszystkim z II-ej zasady dynamiki wiemy, że zmiana pędu jest równa popędowi siły. Minimalne różnice spowodowane są podawaniem przybliżonej wartości np. v ~ 0,3.

Licząc całkowity popęd siły korzystamy ze wzoru:

Dp = ò Fdt       [N×s]

                                                        Dp=0,40307              [N×s]

                                                        Dp=0,37798              [N×s]

                                                        Dp=0,                            [N×s]

Natomiast zmiana pędu to : Dp = pk- po = mv + mv [kg×m/s]

                                                        D=0,506                            [kg×m/s]

                                                        D=0,15                            [kg×m/s]

                                                        D=0,3                            [kg×m/s]

Podsumowując: wózek zderzając się z cienką sprężyną o mniejszej średnicy, powierzchni uderzał i momentalnie odskakiwał powodując, że siła z jaką uderzał on o sprężynę była mniejsza niż w przypadku grubej sprężyny, silniejszej.

Puszczona z odległości 40cm od czujnika siły początkowo poruszały się ruchem jednostajnie przyspieszonym, aż do momentu zetknięcia się ze sprężyną osiągając w chwili ściśnięcia wartość max.
Po ściśnięciu następowało odbicie od sprężyny prędkość i pęd ulegały zmianie i wtedy ciało zaczyna się już poruszać ruchem jednostajnie opóźnionym przyjmując wartości ujemne i min. przeciwne co do wartości max.

Wnioski końcowe

Ilościowe pomiary popędów sił i powodowanych przez nie zmian pędów prowadzą do wniosku, że wartości tych dwóch wielkości są sobie równe. Grubsza sprężyna dokonuje większe zmiany ruchu w krótszym czasie niż sprężyna cieńsza. Bez względu na rodzaj sprężyny ciało porusza się ruchem jednostajnie przyspieszonym, a po zderzeniu ruchem jednostajnie opóźnionym. W przypadku cienkiej sprężyny wyniki trzech kolejnych pomiarów prędkości są prawie identyczne 9 różnice są nie wielkie i wynikają z tego, iż my nie jesteśmy w stanie 3 razy z jednakową siłą puścić wózek.

Prędkość min. w przypadku sprężyny cienkiej w przybliżeniu wynosi -0,3, natomiast max w przybliżeniu wynosi 0,33. Inaczej dzieje się
w przypadku sprężyny grubej. Prędkość w trzech kolejnych osiąga rożne od siebie wyniki: min. - 0,48  - 0,15 - 0,31 i max 0,52; 0,17; 0,33.

Wartość min. i max poszczególnych pomiarów różni się między sobą nieznacznie, przyjmując przeciwne wartości (0,3 - 0,3).