普物力学试验2.PDFVIP

力學實驗二 碰撞 1. 目的： (1) 驗證孤立系統的動量守恒。 (2) 觀察碰撞前後的動能變化。 2.原理： 如圖2-1 ，二質點在不受其他外力時，其總動量守恒。 圖 2-1 在一維運動的情況下，動量守恒為 m v m v m v m v (1) 1 1i 2 2i 1 1f 2 2f 速度的下標i 代表碰撞前(t→-∞) ，f 代表碰撞後(t→∞) 。 對於較複雜的系統，例如兩個不能視為質點的物體碰撞持，總動量及總能量仍 然守恒。物體的動量為質量與質心速度的乘積，(1)式中的動量守恆仍然成立。 系統總能量則在質心動能、位能之外，還需要考慮其他能量，如轉動動能、熱 能等等。若在碰撞前後總動能保持不變，則為彈性碰撞，否則為非彈性碰撞。 v v (質點)恢復係數的定義為： e  1f 2f (2) v v 1i 2i 完全彈性碰撞e=1 ，完全非彈性碰撞e=0 ，e 值介於0 與 1 之間者為非完全彈 性碰撞。e 值與物體的形狀、大小、質量、材料及相對速度有關 ；碰撞後的速 度為， m v m v em (v v ) 1 1i 2 2i 2 1i 2i v 1f m m 1 2 (3) m v m v em (v v ) 1 1i 2 2i 1 1i 2i v 2f m m 1 2 也與動能損失有一定關係。 3.儀器： (1) 空氣幫浦 、氣墊軌及滑車2 架。 (2) 光閘2 座(使用方法請參考實驗一儀器部份) 。 (3) 游標尺、電子秤、海綿、黏土架、撞針架、黏土、剪刀、膠帶、橡皮筋與 橡皮筋架。 4.步驟： (1) 確認氣墊軌兩端架有橡皮筋架，開啟空氣幫浦 ，將空氣幫浦上的旋鈕旋至 最大，使氣墊軌上之氣墊形成，以此模擬氣墊軌與滑車間無摩擦之系統。 (2) 請將三種(黏土、海棉、橡皮筋)材料任選一種，例如黏土，架上滑車後，放 上電子秤量測並紀錄滑車質量 。滑車為鋁製，實驗過程中請勿摔落滑車。 (3) 在氣墊軌兩旁置放兩座光閘，分別量測並紀錄兩滑車經過時所花費的初時 間、末時間，量測並紀錄滑車遮光器的長度(如滑車上的遮光器直徑) ，並計 算滑車之初速度、末速度與恢復係數，將計算及量測紀錄填於表一。 本實驗分成四類(以下舉例四個e 值求法。請針對實驗桌上器材，對四個待量 測的e 值做實驗設計) ：  e 0(完全非彈性碰撞) ：其中一滑車的碰撞端，安裝上內填黏土的黏 土架，另一滑車碰撞端安裝撞針。當碰撞後，撞針插入黏土，使兩滑 車合為一體。  0e1(非完全彈性碰撞) ：兩滑車的碰撞端黏貼，目的是不使碰撞時兩