Månefald: Ændrer massen farten ved frit fald?

1 · Forudsig

På Månen slippes en kugle på 1 kg og en kugle på 6 kg sammen fra samme højde, i vakuum uden luftmodstand. Hvem af dem kommer hurtigere op i fart, mens den falder?

2 · Opsætning

  1. Åbn forudstillingen Månefald. Notér de to kugler: en let (1 kg) og en tung (6 kg), der slippes sammen under Månens tyngdekraft (g = 1.6 m/s²).
  2. Vælg hver kugle efter tur, og indstil dens masse i egenskabspanelet, så den matcher Masse-kolonnen i datatabellen nedenfor, før hver kørsel.
  3. Slip begge kugler, sæt simulationen på pause ved den forløbne tid, der er anført i Tid-kolonnen, og aflæs kuglens nedadrettede hastighed (vy) på måleren.

3 · Saml data

Masse (m) (kg)Forløbet tid (t) (s)Hastighed (vy) (m/s)Impuls (p) (kg·m/s)
1.001.00
6.001.00
6.002.00

Afbild vy (y-aksen) mod masse (x-aksen) ved hjælp af række 1 og 2. Afbild derefter vy mod tid ved hjælp af række 2 og 3. Hvilken form har hver graf, og hvad fortæller den dig om frit fald på Månen?

4 · Analysér

  1. Brug dine noterede værdier for vy og masse til at beregne impulsen p = mv for hver række. Vis din udregning.
  2. Sammenlign række 1 og 2 (samme tid, forskellig masse) og række 2 og 3 (samme masse, forskellig tid). Hvad fortæller hver sammenligning dig om, hvordan hastigheden afhænger af masse versus tid?

5 · Udvid

  1. Forklar ved hjælp af F = ma og vægt = mg, hvorfor en tungere kugle ikke falder hurtigere på Månen — selvom tyngdekraften trækker hårdere i den.
  2. Hvis det samme eksperiment blev lavet på Jorden ved at slippe en fjer og en bowlingkugle gennem luft, ville din datatabel så se ens ud? Hvorfor eller hvorfor ikke?

Fysikken bag dette eksperiment

Impuls

Impulsen p = mv kombinerer et objekts masse og hastighed i én størrelse — selvom den lette og den tunge kugle har samme faldfart på et givet tidspunkt, bærer den tungere kugle meget mere impuls.

Kinetisk energi

KE = ½mv² vokser med farten i anden potens og direkte med massen — to kugler, der rammer jorden med samme fart, bærer derfor stadig meget forskellige mængder kinetisk energi, hvis deres masser er forskellige.

← Tilbage til eksperimentet

Mekanik

138 gratis printbare fysik-labark