كرة على مستوى مائل: الطاقة على مستوى أملس

1 · توقّع

يُطلق كرة أثقل وأخرى أخف من السكون عند الارتفاع نفسه على مستوى مائل أملس. أيهما تصل إلى الأسفل أولًا؟

2 · التجهيز

  1. افتح تجربة المستوى المائل الجاهزة. دوّن زاوية ميل المستوى وكتلة الكرة وارتفاعها الابتدائي فوق قاعدة المستوى.
  2. استخدم لوحة الخصائص لضبط كتلة الكرة وزاوية المستوى لهذه التجربة، ودوّن الارتفاع الرأسي الابتدائي للكرة فوق قاعدة المستوى.
  3. شغّل المحاكاة وسجّل قراءة سرعة الكرة (المسبر) لحظة وصولها إلى أسفل المستوى.

3 · اجمع البيانات

الكتلة (kg)زاوية المستوى (°)ارتفاع الإفلات (m)الطاقة الكامنة الثقالية (J)السرعة عند الأسفل (m/s)
1.0015.000.30
1.5025.000.50
2.0035.000.70

ارسم سرعة الوصول إلى الأسفل (المحور y) مقابل ارتفاع البداية (المحور x) لتجاربك الثلاث. هل العلاقة خط مستقيم؟

4 · حلّل

  1. لكل صف احسب 1/2 m v^2 مستخدمًا سرعة الأسفل المقيسة. قارنها بعمود الطاقة الكامنة الثقالية. ماذا تلاحظ؟
  2. تستخدم تجاربك الثلاث زوايا ميل مختلفة. هل تغيير الزاوية وحدها، عند الارتفاع الابتدائي نفسه، يغيّر السرعة النهائية؟ استخدم انحفاظ الطاقة لتبرير إجابتك.

5 · وسّع

  1. يعتمد عمود الطاقة الكامنة الثقالية على الكتلة، لكن السرعة النهائية المقيسة لا تعتمد عليها. اشرح لماذا لا تصل الكرة الأثقل إلى الأسفل قبل الأخف على مستوى أملس.
  2. للمستوى الحقيقي احتكاك، والكرة المتدحرجة فعلًا تصرف بعض طاقتها في اكتساب دوران أثناء التدحرج. أتتوقع سرعة نهائية أعلى أم أدنى من تنبؤك للأملس؟ ولماذا؟

الفيزياء خلف هذه التجربة

الطاقة الكامنة الثقالية

ارتفاع الكرة فوق قاعدة المستوى يخزن طاقة كامنة ثقالية قبل الإفلات — ميزانية الطاقة التي تتحول إلى حركة أثناء التدحرج.

الطاقة الحركية

على مستوى أملس تكون كل الطاقة الكامنة الابتدائية قد تحولت إلى طاقة حركية عند وصول الكرة إلى الأسفل، وهو ما يثبت سرعتها النهائية.

← عودة إلى التجربة