Экспериментальная проверка закона сохранения импульса icon

Экспериментальная проверка закона сохранения импульса



НазваниеЭкспериментальная проверка закона сохранения импульса
Дата конвертации15.09.2012
Размер63.57 Kb.
ТипЗакон

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА ЗАКОНА СОХРАНЕНИЯ ИМПУЛЬСА


В.А. Кучин, М.В. Турышев, В.В. Шелихов


В настоящее время самый «старый» и хорошо исследованный раздел физики – механика вновь привлекает внимание многих исследователей [1-8]. Результаты новых опытов, проведенных в этой области [1,2,7,8], требуют переосмыслить часть основных положений механики.

Данная работа является продолжением серии экспериментальных исследований, проведенных авторами ранее. В данной работе поставлена задача экспериментально измерить разницу величин импульсов двух тел, имеющих равные массы, когда одновременно на них действуют равные силы за один и тот же промежуток времени. С этой целью были изготовлены две равные по массе тележки (по 1,120 кг), с установленными на них сплошным и полым цилиндрами, которые имели равные массы (по 0,970 кг) и диаметры. Оси цилиндров были установлены в подшипники качения, которые были закреплены на корпусе тележек. Они имели возможность свободно вращаться или их можно было механически фиксировать от вращения (см. Фото 1,А).



А Б

Фото 1.



Рис. 1.

Полная кинематическая схема опытов представлена на Рис. 1. В исходном положении обе тележки длиной по 0,200 м, устанавливали на одном крае стола (длина 1,6 м), где они крепились за стальные цилиндры с помощью электромагнита. На равных расстояниях от них устанавливались мишени 1 и 2 (Фото 1,Б), равные по размерам и массе (по 0,42 кг). На другом краю стола крепились два легких пластиковых ролика с канавкой на торце.

Далее, в серии опытов №1 гибкий малорастяжимый шнур крепили одним из его концов к верхней части сплошного цилиндра тележки 1, который механически фиксировали от возможного вращения. Затем шнур протягивали через ролики, оставляя небольшую петлю. Другой конец шнура наматывали на полый цилиндр тележки 2 (5 витков), так чтобы при полной его размотке он слетал с цилиндра, и прекращалось действие сил разгоняющих тележки. Полый цилиндр на тележке 2 мог свободно вращаться вокруг своей оси. В петлю шнура, расположенную между роликами, подвешивали еще один легкий ролик и к его оси вращения крепили груз P, равный 0,3 кг (Рис. 1). Это позволяло создать равное натяжение шнура (соответственно, равные силы F действующие на тележки).


Для серии опытов №2 кинематическая схема оставалась прежней, но полый цилиндр тележки №2 механически фиксировали от возможного вращения и крепили к нему конец шнура без намотки. В то же время на сплошной цилиндр на тележке№1, который свободно вращался, наматывали 7 витков шнура.

На серии фотографий (Фото 2 – Фото 8) показана последовательность движения тележек под действием равных сил F в опыте №1. В момент, когда действие сил закончилось (Фото 6) можно отчетливо видеть как тележка 1 (на ней цилиндр не вращается) опередила тележку 2 (на ней цилиндр вращается) почти на 0,2 м, что свидетельствует о наличии разницы их скоростей. После соударения и полной остановки тележек так же имеется разница в величинах перемещения мишеней (Фото 8).

Аналогичная ситуация наблюдается для серии опытов №2 (Фото 9 – Фото 13) с той лишь разницей, что тележка 1 (сплошной цилиндр вращается) поменялась ролью с тележкой 2 (полый цилиндр не вращается). В данном случае разница приобретенных скоростей тележек и величин смещения мишеней меньше, чем в предыдущем опыте (Фото 11 и Фото 13).

Работа, совершаемая грузом, расходовалась на увеличение кинетической энергии тележек:

  • у тележки без вращения цилиндра увеличивалась только кинетическая энергия ее поступательного движения;

  • у тележки с вращающимся цилиндром одновременно увеличивалась кинетическая энергия вращения цилиндра и поступательная энергия тележки с цилиндром в целом.

После разгона, (за равное время и равными силами) тележки приобретали разные скорости и соответственно импульсы (т.к. их массы равны). Далее, двигаясь по инерции, они соударялись с мишенями (равными по массе и размерам) и перемещали их на разные расстояния и , соответственно (Фото 8 и Фото 13). В этих случаях работы сил трения системы «тележка+мишень» будут равны:

Серия фотографий опыта №1 (Фото 2 – Фото 8) получена из видеозаписи.


Серия фотографий опыта №2 (Фото 9 – Фото 13) получена из видеозаписи.


Фото 2

Фото 3

Фото 4

Фото 5

Фото 6

Фото 7

Фото 8




Фото 9

Фото 10

Фото 11

Фото 12

Фото 13


и . (1)

Поскольку силы трения для мишеней равны, то перемещения мишеней и пропорциональны работам сил трения и , соответственно, или изменению кинетических энергий поступательного движения тележек и :



, (2)

где - скорость тележки 1,

- изменение кинетической энергии поступательного движения тележки 1,

- скорость тележки 2,

- изменение кинетической энергии поступательного движения тележки 2,

- масса тележки.

Отсюда отношение перемещений мишеней из (2): (массы тележек равны).

Тогда отношение скоростей тележек равно: . (3),

и импульсов поступательно двигавшихся тележек: . (4)

Из (4) ясно видно, что величины импульсов приобретенных тележками не равны между собой, т.к. в проведенных сериях опытов №1 и №2.

В серии опытов №1 мишень 1 смещалась в среднем на расстояние равное 0,105 м, а мишень 2 – на равное 0,210 м. Тогда, в соответствии с выражением (4) в опыте №1 отношение импульсов тележек равно: . Если импульс тележки 1 (где цилиндр не вращался) принять за 100%, тогда импульс тележки 2 будет равен 70,7% от импульса тележки 1. Таким образом, в данной серии опытов разница между импульсами тележек составляет 29,3%.

В серии опытов №2 мишень 1 смещалась в среднем на расстояние равное 0,090 м, а мишень 2 – на равное 0,145 м. Отношение импульсов тележек равно: . В серии опытов №2 разница величин импульсов тележек составляет 21,2%.

В обеих сериях опытов после сдвига мишеней тележками и полной их остановки механически не фиксированный цилиндр продолжал быстрое вращение в течение длительного времени. Это означает, что часть работы совершенной грузом была затрачена ещё и на приобретение цилиндром кинетической энергии вращения. Другими словами работа, совершенная грузом затрачивалась для тележки с неподвижным цилиндром на увеличение ее кинетической энергии только поступательного движения и для другой тележки с вращающимся цилиндром на увеличение ее кинетической энергии поступательного и вращательного движения.

В теоретической механике принято рассматривать два случая преобразования механического движения:

«1. механическое движение переносится из одной механической системы в другую в качестве механического движения;

2. механическое движение превращается в другую форму движения материи (в форму потенциальной энергии, теплоты, электричества и т.д.).» [9].По логике современной механики в первом случае, когда преобразование механического движения происходит без перехода в иную форму движения (например, поступательное движение превращается во вращательное), то мерой движения является вектор количества движения, а мерой действия силы – вектор импульса силы. В то же время по той же логике (пункт 2) при превращении механического движения в другую форму движения, мера механического движения – кинетическая энергия тела или системы тел, а мера действия сил – работа сил.

Из серии опытов описанных выше ясно следует, что в природе существуют две разные формы механического движения: поступательное и вращательное. Поскольку импульсы не сохраняются, то мерой этих форм движения является только кинетическая энергия, а мерой действия силы – только работа сил. Таким образом, превращение поступательной формы движения во вращательную форму движения, или наоборот, сопровождается совершением работы. Даже физические параметры этих форм движения совершенно разные: для поступательной формы движения это линейное перемещение тела, а для вращательной – угол поворота тела вокруг оси. Исходя из опытных данных полученных в этой и предыдущих работах [7,8] можно утверждать, что импульс и количество движения не сохраняются в механических процессах и не могут быть использованы как меры механического движения.

Авторы выражают благодарность профессорам В.К. Дедкову и А.П. Смирнову за сделанные замечания.

Литература:

  1. Шелихов В.В., Чичерин В.Г., Кучин В.А. «О краевых условиях на свободных от удара торцах стержней при соударении». - В кн.: «Вопросы механики твердого и деформируемого тела». – Москва.: Наука, 1987. стр.105-110.

  2. Авторское свидетельство №1795146 от 09.01.90г.

  3. Витко А.В., Полет в аспектах науки,- М., МАИ, 1998. 448 с.

  4. Меньшиков В.А., Акимов А.Ф., Качекан А.А., Светличный В.А. Движители без выброса реактивной массы: предпосылки и результаты. - М.,:НИИ КС, 2003. 226 с.

  5. Меньшиков В.А., Дедков В.К. Тайны тяготения. – М.:НИИ КС, 2007. – 332 с.

  6. Сазонов А.Ф., Физика без парадоксов, «Феникс», Дубна, 2002.

  7. Турышев М.В./ К вопросу о законе сохранения импульса., ООО «ВЕЛМА». - Москва, 2007,-49 с.-ил.23-.рус. – Деп. в ВИНИТИ 12.03.07, №233-В2007.

  8. Турышев М.В., О движении замкнутых систем, или при каких условиях не выполняется закон сохранения импульса., «Естественные и технические науки», №3(29), 2007, ISSN 1684-2626.

  9. Яблонский А.А., Никифорова В.М., Курс теоретической механики. Изд. 8, «Лань»1997, стр.484-485.




Похожие:

Экспериментальная проверка закона сохранения импульса iconУдк 531/534 Турышев М. В./ К вопросу о законе сохранения импульса., Ооо «велма». Москва, 2007,-49 с ил. 23. рус. – Деп в Винити 12. 03. 07, №233-В2007
«замкнутых» систем посредством внутренних сил. Закон сохранения импульса гласит, что поступательное движение таких систем возможно...
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса iconТурышев М. В., О движении замкнутых систем, или при каких условиях не выполняется закон сохранения импульса., «Естественные и технические науки»,№3(29), 2007, issn 1684-2626, с. 28-41
В данной работе, в рамках традиционной классической механики, будет показано что, возможно движение замкнутой механической системы...
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса icon1. 4 законы сохранения и переноса энергии и момента импульса
Основная задача механики — определение закона движения системы материальных точек из уравнения движения по известному закону сил
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса iconЗакон сохранения энергии Цель: дать понятие полной механической энергии, закона сохранения энергии, практическое применение закона сохранения энергии Кинетическая энергия
Цель: дать понятие полной механической энергии, закона сохранения энергии, практическое применение закона сохранения энергии
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса iconНовые открытия в механике (динамике) © М. В. Турышев, В. В. Шелихов, В. А. Кучин, В. И. Каширский, В. Г. Чичерин, 2008
Приведены экспериментальные доказательства отсутствия сохранения импульса и момента импульса. Даны новые формулировки второго и третьего...
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса icon25. Собственный момент импульса и момент импульса центра масс
Основная задача механики – определение закона движения системы мтi по известному закону сил из уравнения движения
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса icon24. Закон сохранения и передачи момента импульса системы
Частичное решение этой задачи – определение части этих интегралов – импульс, полная энергия, Соответствующие законы сохранения есть...
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса icon24. Закон сохранениЯ и передаЧи момента импульса системы
Частичное решение этой задачи – определение части этих интегралов – импульс, полная энергия, Соответствующие законы сохранения есть...
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса iconНовая экспериментальная проверка специальной теории
Дж. П. Седархольм, Ватсоновская лаборатория ibm, проф. Ч. Х. Таунс, Колумбийский университет, Нью-Йорк
Экспериментальная проверка закона сохранения импульса iconКонтрольная работа №3 по теме «Законы сохранения энергии и импульса»
Снаряд массой 600 г движется на высоте 2 м со скоростью 45 м/с. Найти полную механическую энергию снаряда
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©podelise.ru 2000-2014
При копировании материала обязательно указание активной ссылки открытой для индексации.
обратиться к администрации
Документы

Разработка сайта — Веб студия Адаманов