Μηχανική

Μπάλα που αναπηδά

Δες κάθε αναπήδηση να φτάνει λίγο χαμηλότερα καθώς χάνεται ενέργεια.

Μπάλα που αναπηδά — διαδραστική προσομοίωση Μηχανική. Δες κάθε αναπήδηση να φτάνει λίγο χαμηλότερα καθώς χάνεται ενέργεια. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.

Απώλεια ενέργειας στις αναπηδήσεις

Μια μπάλα που αναπηδά χάνει μηχανική ενέργεια σε κάθε πρόσκρουση όταν ο συντελεστής αναπήδησης είναι μικρότερος από 1. Κάθε αναπήδηση φτάνει χαμηλότερο ύψος.

Η κινητική ενέργεια μετατρέπεται σε δυναμική στην κορυφή κάθε αναπήδησης, αλλά η κρούση με το δάπεδο είναι ανελαστική. Συντελεστής αναπήδησης κάτω από 1 σημαίνει ότι η μπάλα φεύγει από το δάπεδο πιο αργά απ' όσο έφτασε, ώστε το μέγιστο ύψος μειώνεται σε κάθε κύκλο.

• KE + PE = E (μειώνεται σε κάθε αναπήδηση)
• Συντελεστής αναπήδησης e < 1

Σύνοψη έρευνας

Σχεδίασε την ερώτηση πριν ανοίξεις το εργαστήριο

Η σύνοψη κατοπτρίζει την προαποτυπωμένη σελίδα: η βασική ερώτηση, οι αντικρουόμενες προβλέψεις, οι ρόλοι των μεταβλητών, οι κύριοι νόμοι, η διάταξη, η ανάλυση και οι προεκτάσεις παραμένουν ορατά και με αυτή τη σειρά.

Βασική ερώτηση

Όταν μια μπάλα ρίχνεται και αναπηδά από το δάπεδο, αναπηδά στο ίδιο ύψος από το οποίο ρίχτηκε, σε υψηλότερο ή σε χαμηλότερο;

Προβλέψεις προς σταθμίσει

• Αναπηδεί στο ίδιο ύψος (καμία ενέργεια δεν χάνεται).
• Αναπηδεί υψηλότερα από το ύψος πτώσης.
• Αναπηδεί χαμηλότερα από το ύψος πτώσης (λίγη ενέργεια χάνεται).

Ρόλοι μεταβλητών

Τι ρυθμίζεις:

• Μάζα (kg)
• Ύψος πτώσης (m)

Τι μετράς:

• Βαρυτική PE (J)
• Ύψος αναπήδησης (1η αναπήδηση) (m)

Πώς εκτελείται η έρευνα

1. Άνοιξε την προεπιλογή Μπάλα που αναπηδά. Σημείωσε το αρχικό ύψος της μπάλας πάνω από το δάπεδο και τη μάζα της.
2. Επιβεβαίωσε ότι ο αισθητήρας ύψους είναι συνδεδεμένος στη μπάλα — αναφέρει το ύψος της μπάλας πάνω από το δάπεδο σε μέτρα.
3. Τρέξε την προσομοίωση και άσε τη μπάλα να πέσει και να αναπηδήσει. Κάνε παύση στην κορυφή της πρώτης αναπήδησης και κατέγραψε το μέγιστο ύψος που φτάνει.

Κυρίαρχη εξίσωση

Βαρυτική δυναμική ενέργεια — PE = m·g·h

Η ενέργεια αποθηκευμένη στο ύψος της μπάλας πάνω από το δάπεδο λίγο πριν την απελευθέρωση — αυτό είναι το ενεργειακό υπόλοιπο διαθέσιμο για μετατροπή σε κινητική ενέργεια κατά την πτώση και, μετά την αναπήδηση, ξανά σε ύψος.

Κινητική ενέργεια — KE = ½·m·v²

Η ενέργεια της κίνησης της μπάλας. Λίγο πριν την πρόσκρουση, ουσιαστικά όλη η PE της πτώσης έχει μετατραπεί σε KE· η αναπήδηση τότε επιστρέφει μόνο ένα κλάσμα αυτής της KE, γι' αυτό η αναπήδηση υστερεί του ύψους πτώσης.

Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας

• Για κάθε γραμμή, διαίρεσε το ύψος αναπήδησης με το ύψος πτώσης. Τι παρατηρείς για αυτόν τον λόγο στις τρεις δοκιμές σου;
• Ο συντελεστής αναπήδησης της μπάλας είναι 0.8. Υψώστε στην τετράγωνο αυτή την τιμή και σύγκρινέ την με τον λόγο που υπολόγισες παραπάνω. Ποια σχέση βρίσκεις;

Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο

• Αν ο λόγος ύψους που βρήκες μένει σταθερός αναπήδηση την αναπήδηση, πρόβλεψε το μέγιστο ύψος της *δεύτερης* αναπήδησης για την πρώτη σου δοκιμή. Πόσες αναπηδήσεις θα χρειάζονταν μέχρι το μέγιστο ύψος να πέσει κάτω από 1 cm;
• Μια πραγματική ριγμένη μπάλα χάνει επίσης λίγη ενέργεια στην αντίσταση αέρα και τον ήχο σε κάθε αναπήδηση. Θα περίμενες τα ύψη αναπήδησης πραγματικής μπάλας να πέφτουν πιο γρήγορα ή πιο αργά από το ιδανικοποιημένο σχήμα e² που βρήκες εδώ;

• 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 — Newton's third law and collisions
• Middle School Physical Science — Kinetic energy
• Middle School Physical Science — Energy in, energy out

1. Καλώς όρισες στη Μπάλα που αναπηδά
2. Επίλεξε τη μπάλα
3. Πάτησε Αναπαραγωγή
4. Αναπηδήσεις που σβήνουν
5. Άνοιξε τα δεδομένα
6. Το κατάφερες!

Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.

Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →

Λήψη φύλλου εργασίας →

Διατήρηση ενέργειας