Μηχανική
Μπάλα σε κεκλιμένο επίπεδο
Δες την μπάλα να επιταχύνει καθώς κατρακυλάει την κατηφόρα.
Μπάλα σε κεκλιμένο επίπεδο — διαδραστική προσομοίωση Μηχανική. Δες την μπάλα να επιταχύνει καθώς κατρακυλάει την κατηφόρα. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Βαρύτητα κατά μήκος ράμπας
Σε κεκλιμένο επίπεδο χωρίς τριβή, η βαρύτητα τραβά τη μπάλα κατά μήκος της κατωφερικής. Μόνο η συνιστώσα παράλληλη με τη ράμπα επιταχύνει τη μπάλα.
Η βαρύτητα ασκείται ευθείως προς τα κάτω. Σε κεκλιμένη επιφάνεια την αναλύεις σε συνιστώσες: μία παράλληλη με τη ράμπα (που προκαλεί επιτάχυνση) και μία κάθετη (που εξισορροπείται από την κανονική δύναμη). Γι' αυτό η μπάλα κυλά από την πλαγιά παρότι η βαρύτητα δείχνει πάντα προς τα κάτω.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (χωρίς τριβή)
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
Μια βαρύτερη και μια ελαφρύτερη μπάλα αφήνονται από ηρεμία στο ίδιο ύψος σε ράμπα χωρίς τριβή. Ποια φτάνει πιο γρήγορα στο κάτω μέρος;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Η βαρύτερη μπάλα φτάνει πιο γρήγορα στο κάτω μέρος.
- Και οι δύο μπάλες φτάνουν στο κάτω μέρος με την ίδια ταχύτητα.
- Η ελαφρύτερη μπάλα φτάνει πιο γρήγορα στο κάτω μέρος.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Μάζα (kg)
- Γωνία ράμπας (°)
- Ύψος πτώσης (m)
Τι μετράς:
- Βαρυτική PE (J)
- Ταχύτητα στο κάτω μέρος (m/s)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή Κεκλιμένο επίπεδο. Σημείωσε τη γωνία κλίσης της ράμπας και τη μάζα της μπάλας και το ύψος εκκίνησής της πάνω από τη βάση της ράμπας.
- Χρησιμοποίησε το πάνελ Ιδιότητες για να ρυθμίσεις τη μάζα της μπάλας και τη γωνία της ράμπας για αυτή τη δοκιμή, και σημείωσε το κατακόρυφο ύψος εκκίνησης της μπάλας πάνω από τη βάση της ράμπας.
- Τρέξε την προσομοίωση και κατέγραψε την ένδειξη ταχύτητας της μπάλας (αισθητήρας) μόλις φτάσει στο κάτω μέρος της ράμπας.
Κυρίαρχη εξίσωση
Βαρυτική δυναμική ενέργεια — PE = m·g·h
Το ύψος της μπάλας πάνω από τη βάση της ράμπας αποθηκεύει βαρυτική PE πριν την απελευθέρωση — το ενεργειακό υπόλοιπο που μετατρέπεται σε κίνηση καθώς κυλά προς τα κάτω.
Κινητική ενέργεια — KE = ½·m·v²
Σε ράμπα χωρίς τριβή, όλη η αρχική PE έχει μετατραπεί σε KE μέχρι η μπάλα να φτάσει στο κάτω μέρος, και αυτό καθορίζει την τελική της ταχύτητα.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για κάθε γραμμή, υπολόγισε 1/2 m v^2 με τη μετρημένη ταχύτητα στο κάτω μέρος. Σύγκρινέ το με τη στήλη βαρυτικής PE. Τι παρατηρείς;
- Οι τρεις δοκιμές σου χρησιμοποιούν διαφορετικές γωνίες ράμπας. Αλλάζει η τελική ταχύτητα με την αλλαγή μόνο της γωνίας, στο ίδιο αρχικό ύψος; Χρησιμοποίησε τη διατήρηση ενέργειας για να εξηγήσεις γιατί ή γιατί όχι.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Η στήλη βαρυτικής PE σου εξαρτάται από τη μάζα, αλλά η μετρημένη τελική ταχύτητα όχι. Εξήγησε γιατί μια βαρύτερη μπάλα δεν φτάνει στο κάτω μέρος πιο γρήγορα από μια ελαφρύτερη σε ράμπα χωρίς τριβή.
- Μια πραγματική ράμπα έχει λίγη τριβή, και μια πραγματική κυλούμενη μπάλα πρέπει επίσης να ξοδέψει μέρος της ενέργειάς της για να περιστραφεί καθώς κυλά. Θα περίμενες την τελική ταχύτητα πραγματικής μπάλας υψηλότερη ή χαμηλότερη από την πρόβλεψή σου χωρίς τριβή; Γιατί;
- 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
- Πρόβλεψε: παίζει ρόλο η μάζα;
- Άλλαξε: διπλασίασε τη μάζα της μπάλας
- Τρέξε: κατέγραψε δύο δοκιμές
- Διάβασε το γράφημα
- Εξήγησε: το απροσδόκητο αποτέλεσμα
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →