السقوط الحر: هل تغيّر الكتلة سرعة الهبوط؟
1 · توقّع
أفلِت كرة خفيفة وأخرى متوسطة وثالثة ثقيلة من الارتفاع نفسه في اللحظة نفسها. أيها تبلغ الأرض أولًا؟
- الكرة الأثقل تسقط أسرع وتهبط أولًا.
- الثلاث يسقطن بالمعدل نفسه ويهبطن معًا.
- الكرة الأخف تسقط أسرع وتهبط أولًا.
2 · التجهيز
- افتح تجربة السقوط الحر. سترى ثلاث كرات مختلفة الأحجام مصطفة عند الارتفاع نفسه.
- ثبّت مسبر الارتفاع على الكرة المتوسطة وتأكد من بدء الكرات الثلاث عند الموضع y نفسه.
- شغّل المحاكاة واستخدم ساعة الإيقاف/عدّاد الإطارات لتوقيت سقوط كل كرة.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة (kg) | الزمن المنقضي (s) | سرعة السقوط (m/s) | الزخم (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
ارسم سرعة السقوط (المحور y) مقابل الزمن المنقضي (المحور x) للكرات الثلاث على الرسم نفسه.
4 · حلّل
- قارن سرعات سقوط الكرات الخفيفة والمتوسطة والثقيلة عند الزمن نفسه. ماذا تلاحظ؟
- باستخدام بياناتك، احسب التسارع (Δسرعة / Δزمن) لكل كرة. كيف يقارن بـ g = 9.8 m/s²؟
5 · وسّع
- الريشة وكرة البولينغ المفلتتان في هواء حقيقي لا تهبطان معًا. أي قوة، غائبة عن هذه المحاكاة المثالية، تسبب ذلك الاختلاف؟
- أفلت رواد فضاء على القمر مطرقة وريشة فهبطتا معًا. اشرح لماذا القمر مكان أفضل من الأرض لمشاهدة هذا الاستعراض بأجسام حقيقية.
الفيزياء خلف هذه التجربة
الزخم
رغم أن الكرات الثلاث تتشارك سرعة السقوط نفسها عند لحظة معينة، تختلف زخومها لأن الزخم يتناسب مع الكتلة — ولهذا تُحدث الكرة الثقيلة ضررًا أكبر عند الاصطدام رغم أنها لا تسقط أسرع.