Mechanika
Pohyb po kružnici
Míček obíhá v konstantním poloměru: napětí tyče je dostředivá síla (F = m·v²/r), vždy směřující do středu. Přetáhni na míček Časomíru a přečti jeho oběžnou dobu.
Pohyb po kružnici — interaktivní simulace Mechanika. Míček obíhá v konstantním poloměru: napětí tyče je dostředivá síla (F = m·v²/r), vždy směřující do středu. Přetáhni na míček Časomíru a přečti jeho oběžnou dobu. Bezplatná virtuální fyzikální laboratoř v prohlížeči se živými měřeními v SI a řízeným tutoriálem.
Rovnoměrný pohyb po kružnici
Těleso na kružnici při stálé rychlosti přesto zrychluje ke středu, protože směr rychlosti se neustále mění.
Dostředivé zrychlení míří dovnitř, i když je rychlost stálá. U míčku na tyči dodává tyč dostředivou sílu, která ohýbá dráhu do kružnice.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
Souhrn zkoumání
Naplánuj otázku dřív, než otevřeš laboratoř
Stručný přehled odpovídá předrenderované stránce: hlavní otázka, konkurenční predikce, role proměnných, řídicí zákony, sestavení, analýza i rozšiřující podněty zůstávají viditelné a v tomto pořadí.
Hlavní otázka
Míček na tyči obíhá pevný středový bod otáčení stálou rychlostí. Když zvětšíš oběžnou rychlost míčku při zachování poloměru, bude doba jednoho celého kola (perioda) delší, kratší, nebo stejná?
Predikce k zvážení
- Perioda se prodlouží (trvá víc času na kolo).
- Perioda zůstane stejná (rychlost neovlivňuje periodu).
- Perioda se zkrátí (trvá méně času na kolo).
Role proměnných
Co nastavuješ:
- Hmotnost m (kg)
- Radius r (m)
- Oběžná rychlost v (m/s)
Co měříš:
- Dostředivá síla F = mv²/r (N)
- Perioda T (1 kolo) (s)
Jak zkoumání probíhá
- Otevři předvolbu Pohyb po kružnici. Poznamenej délku tyče (poloměr oběžné dráhy) a hmotnost míčku a ověř, že gravitace je vypnutá — samotná tyč dodává sílu ohýbající dráhu.
- Ověř, že sonda rychlosti je připojena k míčku, a přetáhni na míček Časomíru, abys mohl změřit jedno celé oběh.
- Pro každý pokus níže nastav hmotnost míčku, délku tyče (poloměr) a jeho počáteční tečnou rychlost, pak stiskni Spustit a změř jedno celé kolo.
Řídící rovnice
Dostředivá síla — F = m·v² / r
Dovnitř mířící síla, kterou musí tyč dodávat, aby míček jel po kružnici místo po přímce. Závisí na hmotnosti míčku, jeho (konstantní) oběžné rychlosti a poloměru kružnice — je to napětí, které bys cítil v tyči při nastavení každého pokusu.
Co tisknutelný pracovní list žádá žáky vypočítat
- Pro jeden pokus ukaž svůj postup výpočtu periody z nastaveného poloměru a rychlosti (T = 2πr/v) a porovnej s odečtem Časomíry v simulaci.
- Přes své tři pokusy — jak zvětšení rychlosti při pevném poloměru mění periodu? Jak zvětšení poloměru při pevné rychlosti mění periodu? Vysvětli obojí pomocí T = 2πr/v.
Kde se to objevuje mimo laboratoř
- Tato předvolba vypíná gravitaci, takže pohyb je opravdu rovnoměrný. Kdyby se gravitace zapnula zpět a tyč stále kreslila vodorovnou kružnici, zůstala by rychlost míčku konstantní přes celé kolo? Proč, nebo proč ne?
- Skutečný obíhající objekt (jako míček na šňůře točený rukou) ztrácí každé kolo trochu energie odporem vzduchu a v bodě otáčení. Očekával bys, že jeho naměřená perioda zůstane dokonale konstantní přes mnoho kol, nebo že bude driftovat — a kterým směrem?
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- Vítej v Pohybu po kružnici
- Vyber míček
- Stiskni Spustit
- Stálé zatáčení
- Otevři data
- Povedlo se!
Otevři interaktivní simulaci, postav scénu, stiskni Spustit a prozkoumávej s živými měřeními a řízeným tutoriálem.
Otevřít interaktivní laboratoř →