سقوط على القمر: هل تغيّر الكتلة سرعة السقوط الحر؟
1 · توقّع
على القمر، تُفلت كرة 1 kg وأخرى 6 kg معًا من الارتفاع نفسه، في فراغ بلا مقاومة هواء. أيهما تتسارع أسرع أثناء سقوطها؟
- الكرة الأثقل (6 kg) تتسارع أسرع
- تتسارع الكرتان بالمعدل نفسه تمامًا
- الكرة الأخف (1 kg) تتسارع أسرع
2 · التجهيز
- افتح مسبق إسقاط القمر. لاحظ الكرتين: خفيفة (1 kg) وثقيلة (6 kg)، تُفَلتان معًا تحت جاذبية القمر (g = 1.6 m/s²).
- حدد كل كرة بدورها واضبط كتلتها في لوحة الخصائص لتطابق عمود الكتلة في جدول البيانات أدناه قبل كل تشغيلة.
- أفلت الكرتين، وأوقف المحاكاة عند الزمن المدرج في عمود الزمن، واقرأ السرعة الهابطة (vy) للكرة من المسبر.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة (m) (kg) | الزمن المنقضي (t) (s) | السرعة (vy) (m/s) | الزخم (p) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 2.00 |
ارسم vy (المحور y) مقابل الكتلة (المحور x) باستخدام الصفين 1 و2. ثم ارسم vy مقابل الزمن بالصفين 2 و3. ما شكل كل رسم؟ وبماذا يخبرك عن السقوط الحر على القمر؟
4 · حلّل
- باستخدام قيم vy والكتلة المسجلة، احسب الزخم p = mv لكل صف. أظهر عملك.
- قارن الصفين 1 و2 (الزمن نفسه، كتلة مختلفة) والصفين 2 و3 (الكتلة نفسها، زمن مختلف). بماذا يخبرك كلُّ مقارنة عن اعتماد السرعة على الكتلة مقابل الزمن؟
5 · وسّع
- اشرح، باستخدام F = ma والوزن = mg، لماذا لا تسقط الكرة الأثقل أسرع على القمر — رغم أن الجاذبية تسحبها بقوة أكبر.
- لو أُجريت التجربة نفسها على الأرض بإفلات ريشة وكرة بولينغ عبر الهواء، فهل بدا جدول بياناتك نفسه؟ ولماذا؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
الزخم
الزخم p = mv يدمج كتلة الجسم وسرعته في كمية واحدة — فرغم أن الكرتين الخفيفة والثقيلة تشتركان في سرعة السقوط نفسها عند لحظة معطاة، تحمل الكرة الأثقل زخمًا أكبر بكثير.
الطاقة الحركية
تنمو KE = ½mv² مع مربع السرعة ومع الكتلة مباشرة — لذا كرتان تصطدمان بالأرض بالسرعة نفسها تحملان مع ذلك مقدارين مختلفين جدًا من الطاقة الحركية إذا اختلفت كتلتاهما.