Равномерно движение по окръжност и центростремителна сила

1 · Предскажи

Топка на прът обикаля фиксиран централен пивот с постоянна скорост. Ако увеличиш орбиталната скорост на топката, запазвайки радиуса, времето за една пълна обиколка (периодът) става по-дълго, по-кратко или остава същото?

2 · Постановка

  1. Отвори настройката движение по окръжност. Отбележи дължината на пръта (орбиталния радиус) и масата на топката, и провери, че гравитацията е изключена — само прътът осигурява силата, която извива пътя.
  2. Провери, че сензорът за скорост е прикрепен към топката, и постави Секундомер на топката, за да измериш една пълна обиколка.
  3. За всеки опит долу задай масата на топката, дължината на пръта (радиуса) и началната ѝ тангенциална скорост, после натисни Пусни и измери една пълна обиколка.

3 · Събери данни

Маса m (kg)Radius r (m)Орбитална скорост v (m/s)Центростремителна сила F = mv²/r (N)Период T (1 обиколка) (s)
1.002.003.00
1.003.004.00
2.002.505.00

Чертай периода T (ос y) спрямо r/v (ос x) за трите си опита. Опиши формата на линията.

4 · Анализирай

  1. За един опит покажи сметката си за периода от зададените радиус и скорост (T = 2πr/v) и сравни с показанието на Секундомера в симулацията.
  2. В трите си опита как увеличаването на скоростта при фиксиран радиус променя периода? Как увеличаването на радиуса при фиксирана скорост променя периода? Обясни и двете с T = 2πr/v.

5 · Надгради

  1. Тази настройка изключва гравитацията, за да е движението истински равномерно. Ако гравитацията се включеше отново и прътът очертаваше пак хоризонтална окръжност, щеше ли скоростта на топката да остане постоянна през цялата обиколка? Защо или защо не?
  2. Истински обикалящ обект (като топка на въже, размахвана на ръка) губи малко енергия от въздушно съпротивление и от пивота на всяка обиколка. Очакваш ли измереният му период да остане идеално постоянен през много обиколки, или да се измества — и в коя посока?

Физиката зад този експеримент

Центростремителна сила

Насочената навътре сила, която прътът трябва да доставя, за да движи топката по окръжност вместо по права. Зависи от масата на топката, нейната (постоянна) орбитална скорост и радиуса на окръжността — това е опънът, който би усетил в пръта при настройките на всеки опит.

← Назад към експеримента

Механика

138 безплатни работни листа по физика за печат