مختبر القوى: قانون نيوتن الثاني
1 · توقّع
تدفع صندوقًا على أرضية ملساء بقوة ثابتة. إذا دفعت صندوقًا أثقل بالقوة نفسها، فهل يتسارع أسرع أم أبطأ أم بالمعدل نفسه كصندوق أخف؟
- الصندوق الأثقل يتسارع أسرع
- يتسارع الصندوقان بالمعدل نفسه
- الصندوق الأثقل يتسارع أبطأ
2 · التجهيز
- افتح تجربة مختبر القوى. صندوق واحد ساكن على أرضية ملساء تدفعه قوة ثابتة إلى الأمام.
- تأكد من تثبيت مسبر السرعة على الصندوق، ثم افحص كتلة الصندوق وشدة القوة المطبقة في لوحة الخصائص.
- لكل صف أدناه، اضبط كتلة الصندوق وشدة القوة في لوحة الخصائص لتطابق الجدول، وشغّل المحاكاة ثانية واحدة بالضبط (60 إطارًا)، واقرأ سرعة المسبر.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة (kg) | القوة المطبقة (N) | السرعة عند t = 1 s (m/s) | الزخم عند t = 1 s (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 2.00 | 8.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | ||
| 4.00 | 8.00 |
ارسم القوة المطبقة (المحور x) مقابل السرعة التي قستها بعد ثانية (المحور y)، خطًا لكل كتلة اختبرتها. ماذا يمثل ميل كل خط؟
4 · حلّل
- لكل صف اقسم القوة المطبقة على الكتلة. كيف تقارن تلك القيمة بالسرعة التي قستها بعد ثانية؟ أي كمية حسبت للتو؟
- قارن الصفين 1 و3 (القوة نفسها، كتلة مختلفة). بكم غيّر مضاعف الكتلة السرعة الناتجة بعد الدفعة ذات الثانية الواحدة نفسها؟
5 · وسّع
- هذه الأرضية ملساء. تنبأ كيف تتغير قراءات سرعتك لو أثرت في الصندوق قوة احتكاك ثابتة صغيرة أيضًا. هل يبقى قسم القوة المطبقة على الكتلة وحده متنبئًا بالتسارع الناتج؟
- يمكن دفع عربة تسوق وشاحنة توصيل محمّلة بمحرك ينتج القوة نفسها. استخدم بياناتك لتفسير لماذا لا يتسارعان بالمعدل نفسه.
الفيزياء خلف هذه التجربة
قانون نيوتن الثاني
محصلة القوى على جسم تساوي كتلته في تسارعه. هنا تسرّع قوة ثابتة واحدة الصندوق من السكون، فتكشف السرعة المقيسة بعد زمن ثابت التسارع الذي أنتجته تلك القوة.
الزخم
الزخم هو الكتلة في السرعة. تبدأ كل تجربة من السكون، فبيّن الزخم عند علامة الثانية مقدار الحركة التي تبنيها الدفعة نفسها في صناديق مختلفة الكتلة.