Экспериментальное задание 13.1, страница 62 - гдз по физике 9 класс учебник Кабардин

Законы сохранения. Параграф 13. Закон сохранения импульса. Задачи - страница 62.

Условие.

Экспериментальное задание 13.1

Работаем в группе

Измерение скорости истечения струи газа из ракеты

Оборудование: пластмассовая бутылка, весы с разновесом, пробка резиновая с отверстием, насос, манометр, измерительная лента.

Измерьте скорость истечения воздуха из бутылки по реактивному действию газовой струи.

Содержание работы

В качестве ракеты в опыте используется пластмассовая бутылка. В горлышко бутылки вставляют резиновую пробку с трубкой внутри и через шланги соединяют с насосом и манометром. Пробку закрепляют в лапке штатива так, чтобы бутылка была расположена вертикально (рис. 13.4).

Для оценки скорости $\text{u}$ истечения газовой струи из ракеты можно включить её двигатель на короткое время и измерить скорость $\text{v}$ движения ракеты массой $\text{M}$, которую она приобретает в результате выбрасывания газов массой $\text{m}$. По закону сохранения импульса $M\vec{v} + m\vec{u} = 0$, $u = \frac{Mv}{m}$. (13.13)

Накачивая воздух в бутылку, постепенно повышают давление в ней. Когда бутылка-ракета взлетает вертикально вверх (рис. 13.5), воздух выходит из неё до выравнивания давления в бутылке с атмосферным давлением.

Массу $\text{m}$ выходящего из ракеты воздуха можно найти по известному объёму $\text{V}$ бутылки и измеренному избыточному давлению $\Delta p$ воздуха в ней в момент старта ракеты.

Порядок выполнения задания

1. Определите массу $\text{M}$ пластмассовой бутылки взвешиванием на весах.
2. Вставьте в горлышко бутылки пробку, соединённую с манометром и насосом. Закрепите пробку в штативе таким образом, чтобы ракета взлетала вертикально вверх.
3. Накачивайте воздух в бутылку до взлёта бутылки-ракеты. При этом один участник эксперимента непрерывно должен следить за показаниями манометра и заметить избыточное давление $\Delta p$ при взлёте ракеты.

Другой участник эксперимента должен заметить высоту подъёма ракеты и измерить эту высоту $\text{h}$.

4. По известному объёму $\text{V}$ бутылки и измеренному избыточному давлению $\Delta p$ найдите массу $\text{m}$ вышедшего воздуха. Для вычисления плотности $\rho_1$ добавленного при накачивании воздуха используйте прямую пропорциональную связь давление газа с его плотностью: $\frac{\rho_1}{\rho_0} = \frac{\Delta p}{p_0}$, $\rho_1 = \rho_0 \frac{\Delta p}{p_0}$. Плотность воздуха при нормальном давлении равна $\rho_0 = 1,2 \, \text{кг}/\text{м}^3$, $m = \rho_1 V = \rho_0 \frac{\Delta p}{p_0} V = 1,2 \frac{\Delta p}{p_0} V$.

Рис. 13.4

5. По высоте $\text{h}$ подъёма ракеты вычислите её начальную скорость: $v = \sqrt{2gh}$.
6. Подставив найденные значения массы $\text{M}$ бутылки, массы $\text{m}$ вышедшего воздуха и начальной скорости бутылки в уравнение (13.13), вычислите скорость $\text{u}$ истечения струи воздуха из ракеты. Результаты измерений и расчётов занесите в таблицу.

Таблица 13.1

M, кг	$\Delta$p, Па	V, м$^3$	m, кг	h, м	v, м/с	u, м/с

Дополнительное задание. Исследуйте, зависит ли скорость истечения струи воздуха из ракеты от начального значения избыточного давления.

Рис. 13.5