Потеря энергии при ударе

Рекомендации для организаторов. В качестве груза можно использовать пробку от «Пепси-колы», заполненную пластилином.

Если линейку уложить на край доски, расположив штатив с подвешенным грузом так, что в момент удара о торец линейки нить окажется вертикальной, то после удара линейка проскользнет по доске некоторое расстояние \(l\).

Энергию, приобретённую линейкой после удара, можно определить следующим образом. Под действием силы трения линейка движется замедленно. Её ускорение \(a = \mu g\), начальная скорость \(v_0 = \sqrt{2\mu gl}\).

Коэффициент трения линейки о доску определим, постепенно поднимая один край доски с лежащей на её поверхности линейкой до тех пор, пока линейка не начнёт скользить без ускорения. В этом случае \(\mu = \operatorname{tg}\alpha\), где \(\alpha\) — угол между наклонной доской и горизонтальной плоскостью. Следовательно, максимальная кинетическая энергия \(E_{\text{к}}\) линейки равна \(\mu mgl\). Максимальная потенциальная энергия \(E_{\text{п}}\) груза равна \(MgH\), где \(H\) — высота, на которую поднимают груз. Отношение энергий \(E_{\text{к}}\) к \(E_{\text{п}}\) есть \(\beta = \mu\left(\dfrac{m}{M}\right)\left(\dfrac{l}{H}\right)\), т. е. \(\beta \sim \dfrac{l}{H}\). На рисунке приведён пример зависимости доли энергии, теряемой системой «груз–линейка», от угла \(\varphi\) отклонения груза, т. е. \(\left(\dfrac{E_{\text{п}} - E_{\text{к}}}{E_{\text{п}}}\right)\) от \(\varphi\).