Mechanik
Kugel auf schiefer Ebene
Beobachte, wie die Kugel beim Rollen die Rampe hinunter schneller wird.
Kugel auf schiefer Ebene — interaktive Mechanik-Simulation. Beobachte, wie die Kugel beim Rollen die Rampe hinunter schneller wird. Kostenloses browserbasiertes virtuelles Physiklabor mit Live-SI-Messwerten und geführtem Tutorial.
Schwerkraft entlang einer Rampe
Auf einer reibungslosen schiefen Ebene zieht die Schwerkraft die Kugel entlang der Neigung. Nur die Komponente parallel zur Rampe beschleunigt die Kugel.
Die Schwerkraft wirkt senkrecht nach unten. Auf einer geneigten Oberfläche zerlegst du sie in Komponenten: eine parallel zur Rampe (verursacht Beschleunigung) und eine senkrecht (ausgeglichen durch die Normalkraft). Deshalb rollt eine Kugel einen Hügel hinunter, obwohl die Schwerkraft immer nach unten zeigt.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (reibungslos)
Untersuchungsbericht
Planen Sie die Frage, bevor Sie das Labor öffnen
Das Briefing entspricht der vorgerenderten Seite: Leitfrage, konkurrierende Vorhersagen, Variablenrollen, maßgebliche Gesetze, Aufbau sowie Analyse- und Erweiterungsaufgaben bleiben sichtbar und in dieser Reihenfolge.
Fahrfrage
Auf einer reibungsfreien Rampe werden jeweils ein schwererer und ein leichterer Ball auf gleicher Höhe aus der Ruhe gebracht. Wer kommt schneller unten an?
Vorhersagen zum Abwägen
- Der schwerere Ball erreicht den Boden schneller.
- Beide Kugeln erreichen den Boden mit der gleichen Geschwindigkeit.
- Der leichtere Ball erreicht den Boden schneller.
Variable Rollen
Was Sie eingestellt haben:
- Messe (kg)
- Rampenwinkel (°)
- Fallhöhe (m)
Was Sie messen:
- Gravitations-PE (J)
- Geschwindigkeit im Tiefpunkt (m/s)
Wie die Untersuchung abläuft
- Öffnen Sie die Preset „Neigung“. Beachten Sie den Neigungswinkel der Rampe sowie die Masse der Kugel und ihre Starthöhe über der Basis der Rampe.
- Stellen Sie mit dem Inspektor die Masse des Balls und den Winkel der Rampe für diesen Versuch ein und notieren Sie die vertikale Starthöhe des Balls über der Basis der Rampe.
- Führen Sie die Simulation durch und zeichnen Sie die Geschwindigkeitsmessung des Balls (Sonde) auf, sobald er das Ende der Rampe erreicht.
Maßgebende Gleichung
Gravitative potenzielle Energie — PE = m·g·h
Die Höhe des Balls über der Basis der Rampe speichert vor der Freisetzung Gravitations-PE – den Energiehaushalt, der sich beim Herunterrollen in Bewegung umwandelt.
Kinetische Energie — KE = ½·m·v²
Bei einer reibungslosen Rampe ist das gesamte Anfangs-PE in KE umgewandelt, bis der Ball den Boden erreicht, wodurch seine Endgeschwindigkeit festgelegt wird.
Was die Schüler auf dem druckbaren Arbeitsblatt erarbeiten müssen
- Berechnen Sie für jede Zeile 1/2 m v^2 anhand Ihrer gemessenen Bodengeschwindigkeit. Vergleichen Sie es mit der Gravitations-PE-Säule. Was fällt Ihnen auf?
- Ihre drei Versuche verwenden unterschiedliche Rampenwinkel. Ändert allein die Änderung des Winkels bei gleicher Starthöhe die Endgeschwindigkeit? Verwenden Sie Energieeinsparung, um zu erklären, warum oder warum nicht.
Wo dies außerhalb des Labors sichtbar wird
- Ihre Gravitations-PE-Säule hängt von der Masse ab, die gemessene Endgeschwindigkeit jedoch nicht. Erklären Sie, warum ein schwererer Ball auf einer reibungslosen Rampe nicht schneller den Boden erreicht als ein leichterer.
- Eine echte Rampe weist eine gewisse Reibung auf, und auch ein echter rollender Ball muss beim Rollen einen Teil seiner Energie für die Drehung aufwenden. Würden Sie erwarten, dass die Endgeschwindigkeit eines echten Balls höher oder niedriger ist als Ihre Reibungsvorhersage? Warum?
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- Vorhersage: Spielt die Masse eine Rolle?
- Ändern: Masse des Balls verdoppeln
- Ausführen: zwei Versuche erfassen
- Graph ablesen
- Erklären: das überraschende Ergebnis
Öffnen Sie die interaktive Simulation, um die Szene aufzubauen, drücken Sie auf Play und erkunden Sie sie mit Live-Messungen und einem geführten Tutorial.