Рампа и товар: ускорение на наклон
1 · Предскажи
Ако пуснеш товара от покой и изостриш ъгъла на рампата, какво става със скоростта му след същото време?
- Ускорява по-бързо — по-стръмна рампа дава по-голямо ускорение.
- Достига същата скорост — ъгълът не влияе на ускорението.
- Ускорява по-бавно — по-стръмна рампа дава по-малко ускорение.
2 · Постановка
- Отвори настройката рампа и товар в механичния пясъчник.
- Избери рампата и ползвай панела Свойства, за да зададеш ѝ ъгъл на наклон за този опит.
- Пусни товара от покой горе и прочети скоростта му от сензора след изброеното изминало време.
3 · Събери данни
| Ъгъл на рампата (deg) | Маса на товара (kg) | Изминало време (s) | Скорост (m/s) | Кинетична енергия (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
Чертай скоростта (ос y) спрямо ъгъла на рампата (ос x) за фиксираните 1 s опити. Права ли е връзката?
4 · Анализирай
- С v = g sin θ · t изчисли очакваната скорост за всеки ред и сравни с прочетеното от сензора.
- Масата на товара остава фиксирана на 3 kg в трите опита, докато ъгълът се променя. Какво ти казва това за връзката между маса и ускорение на рампа без триене?
5 · Надгради
- Два товара с различна маса се пускат от същия ъгъл по едно и също време. Кой достига дъното първи? Ползвай данните си, за да обосновеш отговора.
- Истинските рампи имат триене. Ако тази рампа не беше без триене, измерената скорост щеше да е по-висока или по-ниска от предсказанието v = g sin θ · t и защо?
Физиката зад този експеримент
Кинетична енергия
Кинетичната енергия на товара расте с квадрата на скоростта му, докато ускорява надолу по рампата — удвояването на скоростта четвертва KE.
Гравитационна потенциална енергия
На рампа без триене гравитационната PE, която товарът губи, слизайки, се превръща изцяло в кинетичната енергия, която печели — нищо не се губи като топлина.
Механика
- Движение на хвърлено тяло и кинетична енергия
- Топка на рампа: енергия на наклонена равнина без триене
- Тяло на рампа с триене: намиране на прага на триенето в покой
- Гранична скорост: падане през съпротивление
- Лаборатория за сили: Втори закон на Нютон
- Противоположни сили: Втори закон на Нютон и импулс
- Подскачаща топка: загуба на енергия при удар
- Еластични сблъсъци и запазване на импулса
- Нееластичен сблъсък и запазване на импулса
- Махало на Нютон: пренос на импулс и енергия
- Просто махало
- Тяло на пружина: хармонично колебание