Механика
Топка на наклонена равнина
Гледай как топката се ускорява, докато се търкаля надолу по склона.
Топка на наклонена равнина — интерактивна симулация Механика. Гледай как топката се ускорява, докато се търкаля надолу по склона. Безплатна виртуална физическа лаборатория в браузъра с живи SI измервания и упътване.
Гравитация по рампа
На наклонена равнина без триене гравитацията дърпа топката по склона. Само компонентата, успоредна на рампата, ускорява топката.
Гравитацията действа право надолу. На наклонена повърхност я разлагаш на компоненти: една успоредна на рампата (предизвикваща ускорение) и една перпендикулярна (уравновесена от нормалната реакция). Затова топката се търкаля надолу по хълма, макар че гравитацията сочи винаги надолу.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (без триене)
Резюме на изследването
Планирай въпроса, преди да отвориш лабораторията
Краткото описание повтаря пререндерираната страница: водещият въпрос, съперничещите предсказвания, ролите на променливите, управляващите закони, постановката, анализът и разширяващите подсказки остават видими и в този ред.
Водещ въпрос
По-тежка и по-лека топка се пускат от покой на една и съща височина на рампа без триене. Коя достига дъното по-бързо?
Предсказвания за преценка
- По-тежката топка достига дъното по-бързо.
- Двете топки достигат дъното с еднаква скорост.
- По-леката топка достига дъното по-бързо.
Роли на променливите
Какво задаваш ти:
- Маса (kg)
- Ъгъл на рампата (°)
- Височина на падане (m)
Какво измерваш:
- Гравитационна PE (J)
- Скорост долу (m/s)
Как протича изследването
- Отвори настройката наклонена равнина. Отбележи ъгъла на наклона на рампата и масата на топката, и началната ѝ височина над основата на рампата.
- Ползвай панела Свойства, за да зададеш масата на топката и ъгъла на рампата за този опит, и отбележи вертикалната начална височина на топката над основата на рампата.
- Пусни симулацията и запиши показанието на скоростта на топката (сензор), точно когато достига дъното на рампата.
Управляващо уравнение
Гравитационна потенциална енергия — PE = m·g·h
Височината на топката над основата на рампата съхранява гравитационна PE преди пускане — енергийният бюджет, който се превръща в движение, докато се търкаля надолу.
Кинетична енергия — KE = ½·m·v²
На рампа без триене цялата начална PE се е превърнала в KE, когато топката достига дъното — това определя крайната ѝ скорост.
Какво иска да изчислят учениците печатният работен лист
- За всеки ред изчисли 1/2 m v^2 с измерената си скорост долу. Сравни с колоната гравитационна PE. Какво забелязваш?
- Трите ти опита ползват различни ъгли на рампата. Променя ли само ъгълът, при същата начална височина, крайната скорост? Ползвай запазване на енергията, за да обясниш защо или защо не.
Къде това се появява извън лабораторията
- Колоната ти гравитационна PE зависи от масата, но измерената крайна скорост — не. Обясни защо по-тежка топка не достига дъното по-бързо от по-лека на рампа без триене.
- Истинска рампа има малко триене, а истинска търкаляща се топка трябва и да похарчи част от енергията си за въртене. Очакваш ли крайната скорост на истинска топка да е по-висока или по-ниска от предсказанието без триене? Защо?
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- Предскажи: влияе ли масата?
- Промени: удвои масата на топката
- Пусни: запиши два опита
- Прочети графиката
- Обясни: изненадващият резултат
Отвори интерактивната симулация, за да изградиш сцената, натисни Пусни и разгледай с живи измервания и насочено упътване.
Отвори интерактивната лаборатория →