كرة ترتد: فقد الطاقة عند الاصطدام
1 · توقّع
عند إفلات كرة فتسقط وترتد عن الأرض، هل ترتد إلى الارتفاع الذي أُفلتت منه، أم أعلى، أم أدنى؟
- ترتد إلى الارتفاع نفسه (لا تفقد طاقة).
- ترتد أعلى من ارتفاع الإفلات.
- ترتد أدنى من ارتفاع الإفلات (تفقد بعض الطاقة).
2 · التجهيز
- افتح تجربة الكرة المرتدة. دوّن الارتفاع الابتدائي للكرة فوق الأرض وكتلتها.
- تأكد من تثبيت مسبر الارتفاع على الكرة — يعرض ارتفاعها فوق الأرض بالأمتار.
- شغّل المحاكاة ودع الكرة تسقط وترتد. أوقف مؤقتًا عند قمة الارتداد الأول وسجل أقصى ارتفاع بلغته.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة (kg) | ارتفاع الإفلات (m) | الطاقة الكامنة الثقالية (J) | ارتفاع الارتداد (الاصطدام الأول) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
ارسم ارتفاع الارتداد (المحور y) مقابل ارتفاع الإفلات (المحور x) لتجاربك الثلاث. صِف شكل الخط.
4 · حلّل
- لكل صف اقسم ارتفاع الارتداد على ارتفاع الإفلات. ماذا تلاحظ في هذه النسبة عبر تجاربك الثلاث؟
- معامل ارتداد الكرة 0.8. ربّع تلك القيمة وقارنها بالنسبة التي حسبتها أعلاه. أي علاقة تجد؟
5 · وسّع
- إذا بقيت نسبة الارتفاع التي وجدتها ثابتة اصطدامًا بعد اصطدام، فتنبأ بذروة الارتداد *الثاني* لتجربتك الأولى. كم اصطدامًا يلزم قبل أن تهبط الذروة دون 1 cm؟
- تفقد الكرة الحقيقية قليلًا من الطاقة أيضًا في مقاومة الهواء والصوت مع كل اصطدام. أتتوقع أن تهبط ارتفاعات ارتداد كرة حقيقية أسرع أم أبطأ من نمط e² المثالي الذي وجدته هنا؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
الطاقة الكامنة الثقالية
الطاقة المخزونة في ارتفاع الكرة فوق الأرض قبل الإفلات مباشرة — هذه ميزانية الطاقة المتاحة للتحول إلى طاقة حركية أثناء السقوط، ثم إلى ارتفاع من جديد بعد الارتداد.
الطاقة الحركية
طاقة حركة الكرة. قبيل الاصطدام تكون كل طاقة السقوط الكامنة قد تحولت تقريبًا إلى طاقة حركية؛ ثم يعيد الارتداد جزءًا من تلك الطاقة فقط، ولهذا يقصّر الارتداد عن ارتفاع الإفلات.