حركة المقذوف والطاقة الحركية
1 · توقّع
إذا أطلقت الكرة بسرعة أكبر، فكيف يتغير طاقتها الحركية عند الإطلاق وأقصى ارتفاعها؟
- كلاهما يزيد
- يبقيان كما هما
- الطاقة الحركية تزيد لكن الارتفاع يبقى نفسه
2 · التجهيز
- افتح محاكاة المقذوف واضغط إعادة.
- فعّل مسبار السرعة وعرض الارتفاع — يُقاس الارتفاع من الأرضية وليس من نقطة الإطلاق، لذا فهو يتضمن ارتفاع إطلاق الكرة الثابت البالغ 1.2 م.
- اضبط سرعة الإطلاق لكل تجربة أدناه، واضغط تشغيل، وسجّل القيم العظمى.
3 · اجمع البيانات
| الكتلة m (kg) | سرعة الإطلاق v (m/s) | KE = ½mv² (J) | أقصى ارتفاع h (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 8.00 | ||
| 1.00 | 10.00 | ||
| 1.00 | 12.00 |
ارسم أقصى ارتفاع h (المحور y) مقابل الطاقة الحركية عند الإطلاق KE (المحور x).
4 · حلّل
- أظهر عملك في حساب KE = ½mv² لمحاولة واحدة وقارنه بقراءة الطاقة الحركية في المحاكاة.
- صِف العلاقة بين الطاقة الحركية عند الإطلاق وأقصى الارتفاع. هل هي خطية؟ استشهد بأرقام من جدولك.
5 · وسّع
- عند سرعة ثابتة، أي زاوية إطلاق تعطي أكبر ارتفاع أقصى؟ علّل.
- المقذوفات الحقيقية لا تبلغ الارتفاع الذي يتنبأ به جدولك. إلى أين تذهب الطاقة المفقودة؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
الطاقة الحركية
طاقة الحركة عند الإطلاق، من الكتلة وسرعة الإطلاق التي ضبطتها لكل تجربة.
الطاقة الكامنة الثقالية
الطاقة المخزنة عند أقصى ارتفاع للكرة، مقروءة من ارتفاع الكرة فوق الأرضية — وليس فوق نقطة الإطلاق. لأن هذا الإطلاق بزاوية (وليس مباشرة للأعلى)، فقط المكون الرأسي لسرعة الإطلاق يتحول إلى ارتفاع إضافي فوق الإطلاق: يحمل 64% من KE الإطلاق عند هذه الزاوية (الباقي يبقى حركة أفقية، موجودة عند الذروة). لكن قراءة الارتفاع تتضمن أيضاً ارتفاع الإطلاق الثابت البالغ 1.2 m فوق الأرضية، لذا PE عند الذروة يساوي m·g·(1.2 m + rise) — ليس ببساطة 0.64× من KE الإطلاق، والنسبة بينهما تتغير مع السرعة بدلاً من البقاء ثابتة.
الميكانيكا
- كرة على مستوى مائل: الطاقة على مستوى أملس
- قالب على مستوى مائل خشن: إيجاد عتبة الاحتكاك السكوني
- السرعة النهائية: السقوط عبر مقاومة الهواء
- مختبر القوى: قانون نيوتن الثاني
- قوى متعاكسة: قانون نيوتن الثاني والزخم
- كرة ترتد: فقد الطاقة عند الاصطدام
- التصادمات المرنية وانحفاظ الزخم
- التصادم غير المرن وانحفاظ الزخم
- مهد نيوتن: انتقال الزخم والطاقة
- البندول البسيط
- كتلة على زنبرك: الحركة التوافقية البسيطة
- الحركة الدائرية المنتظمة والقوة المركزية