Moviment circular uniforme i força centripeta
1 · Prediu
Una bola en una barra orbita un pivot central fix a velocitat constant. Si incrementes la velocitat orbital de la bola mantenint el mateix radi, el temps d'una volta completa (el període) es fa més llarg, més curt o es queda igual?
- El període es fa més llarg (triga més temps per volta).
- El període es queda igual (la velocitat no afecta el període).
- El període es fa més curt (triga menys temps per volta).
2 · Configura
- Obre el predefinit de Moviment circular. Anota la longitud de la barra (el radi de l'òrbita) i la massa de la bola, i comprova que la gravetat està desactivada: la barra tota sola subministra la força que corba la trajectòria.
- Comprova que la sonda de velocitat és adjunta a la bola, i deixa-hi caure un cronòmetre per poder mesurar una revolució completa.
- Per a cada prova de sota, defineix la massa de la bola, la longitud de la barra (radi) i la velocitat tangencial inicial, prem Reprodueix i cronometra una volta completa.
3 · Recull dades
| Massa m (kg) | Radius r (m) | Velocitat orbital v (m/s) | Força centripeta F = mv²/r (N) | Període T (1 volta) (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | 4.00 | ||
| 2.00 | 2.50 | 5.00 |
Grafica el període T (eix y) contra r/v (eix x) per a les tres proves. Descriu la forma de la línia.
4 · Analitza
- Per a una prova, mostra els càlculs del període amb el radi i la velocitat definits (T = 2πr/v) i compara'ls amb la lectura del cronòmetre de la simulació.
- Al llarg de les tres proves, com canvia el període en incrementar la velocitat a radi fix? I en incrementar el radi a velocitat fixa? Explica tots dos amb T = 2πr/v.
5 · Amplia
- Aquest predefinit desactiva la gravetat perquè el moviment sigui genuïnament uniforme. Si la gravetat es tornés a activar i la barra continués traçant un cercle horitzontal, la velocitat de la bola es mantindria constant tota la volta? Per què sí o no?
- Un objecte orbitant real (com una bola en un cordill brandat a mà) perd una mica d'energia per resistència de l'aire i pel pivot a cada volta. Esperaries que el període mesurat es mantingués perfectament constant al llarg de moltes voltes, o que deriva? Cap a on?
La física al darrere d'aquest experiment
Força centripeta
La força cap endins que la barra ha de subministrar per mantenir la bola en cercle en lloc de recta. Depèn de la massa de la bola, de la velocitat orbital (constant) i del radi del cercle: és la tensió que notaries a la barra amb els paràmetres de cada prova.
Mecànica
- Tir parabòlic i energia cinètica
- Bola en una rampa: energia en un pla inclinat sense fricció
- Bloc en una rampa amb fricció: trobar el llindar de fricció estàtica
- Velocitat límit: caure amb arrossegament
- Laboratori de forces: segona llei de Newton
- Forces oposades: segona llei de Newton i quantitat de moviment
- Bola que rebota: pèrdua d'energia a l'impacte
- Col·lisions elàstiques i conservació de la quantitat de moviment
- Col·lisió inelàstica i conservació de la quantitat de moviment
- Pèndol de Newton: transferència de quantitat de moviment i energia
- Pèndol simple
- Massa en un moll: moviment harmònic simple
138 fulls de treball de laboratori de física gratuïts i imprimibles