المستوى المائل والحمل: التسارع على ميل
1 · توقّع
إذا أفلت الحمل من السكون وزدت حدة زاوية المستوى، فماذا يحدث لسرعته بعد المدة الزمنية نفسها؟
- يتسارع أسرع — ميل أحدّ يعطي تسارعًا أكبر.
- يبلغ السرعة نفسها — الزاوية لا تؤثر في مقدار تسارعه.
- يتسارع أبطأ — ميل أحدّ يعطي تسارعًا أصغر.
2 · التجهيز
- افتح تجربة المستوى المائل والحمل في بيئة الميكانيكا.
- حدد المستوى واستخدم لوحة الخصائص لضبط زاوية ميله لهذه التجربة.
- أفلت الحمل من السكون عند القمة واقرأ سرعته من المسبر بعد الزمن المقيّد المدرج.
3 · اجمع البيانات
| زاوية المستوى (deg) | كتلة الحمل (kg) | الزمن المنقضي (s) | السرعة (m/s) | الطاقة الحركية (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
ارسم السرعة (المحور y) مقابل زاوية المستوى (المحور x) لتجارب الثانية الواحدة الثابتة. هل العلاقة خط مستقيم؟
4 · حلّل
- باستخدام v = g sin θ · t، احسب السرعة المتوقعة لكل صف وقارنها بما قرأته من المسبار.
- تبقى كتلة الحمل ثابتة عند 3 kg عبر التجارب الثلاث بينما تتغير الزاوية. بماذا يخبرك ذلك عن العلاقة بين الكتلة والتسارع على مستوى مائل أملس؟
5 · وسّع
- يُفلت حملان مختلفا الكتلة من الزاوية نفسها في اللحظة نفسها. أيهما يبلغ الأسفل أولًا؟ برّر ببياناتك.
- المستويات الحقيقية فيها احتكاك. لو لم يكن هذا المستوى عديم الاحتكاك، هل تكون السرعة المقيسة أعلى أم أدنى من توقعك v = g sin θ · t، ولماذا؟
الفيزياء خلف هذه التجربة
الطاقة الحركية
تنمو الطاقة الحركية للحمل مع مربع سرعته أثناء تسارعه نزولًا على المستوى — مضاعفة السرعة تربّع الطاقة الحركية.
الطاقة الكامنة الثقالية
على مستوى أملس تتحول الطاقة الكامنة الثقالية التي يفقدها الحمل أثناء هبوطه كلها إلى الطاقة الحركية التي يكتسبها — لا شيء يضيع حرارةً.