Гравитационно падане: ускорява ли се пуснатият сонд непрекъснато?

1 · Предскажи

Сонд е пуснат от покой и пада право към централна маса под гравитация с обратен квадрат. Докато слиза от радиус 3.0 m към 2.0 m и 1.0 m, как се променя скоростта му?

• Печели скорост с постоянен темп, точно като топка, пусната близо до земната повърхност.
• Печели скорост все по-бързо — притеглянето расте по-силно, когато се доближава.
• Забавя, докато се приближава, защото централната маса отблъсква бързите.

2 · Постановка

1. Отвори настройката гравитационно падане. Единичен сонд седи в покой на разстояние r₀ = 3.5 m от централната маса в центъра на платното.
2. Провери, че сондът за r (разстояние) и сондът за скорост са и двата прикрепени към тялото-сонд, преди да пуснеш каквото и да е.
3. Пусни симулацията и я паузирай, когато сондът минава r = 3.0 m, после 2.0 m, после 1.0 m, четейки сензора за скорост на всеки радиус.

3 · Събери данни

Чертай скоростта на падане (ос y) спрямо радиуса r (ос x). Обърни внимание, че r намалява, докато сондът пада, така че чети кривата отдясно наляво.

4 · Анализирай

1. Сондът изминава същите 0.5 m от 3.5→3.0 m и пак от 1.5→1.0 m, ала печели далеч повече скорост във вътрешния интервал. Ползвай данните си, за да обясниш защо равни разстояния не дават равни печалби на скорост тук (за разлика от свободното падане при постоянно g).
2. За всеки ред сравни измерената скорост на падане със скоростта на освобождаване на същия радиус. Скоростта на падане е винаги по-малка — свържи това с факта, че сондът тръгна от покой (пълната му енергия е отрицателна, така че остава свързан).

5 · Надгради

1. Близо до земната повърхност ползваме v = √(2g·Δh) с постоянно g. Обясни защо тази формула се проваля тук и каква величина заменя постоянното g, докато сондът се движи навътре.
2. Идеализираната формула v = √(2GM(1/r − 1/r₀)) избухва до безкрайност при r → 0. Реалната симулация вместо това заковава сонда точно извън центъра. Каква физическа причина (и какво моделиращо решение) държи скоростта крайна?

Физиката зад този експеримент

← Назад към експеримента

138 безплатни работни листа по физика за печат