Μηχανική
Κούνια του Νεύτωνα
Δες την ορμή να διαπερνά τη σειρά μέχρι την τελευταία μπάλα.
Κούνια του Νεύτωνα — διαδραστική προσομοίωση Μηχανική. Δες την ορμή να διαπερνά τη σειρά μέχρι την τελευταία μπάλα. Δωρεάν εικονικό εργαστήριο φυσικής στον φυλλομετρητή με ζωντανές μετρήσεις σε μονάδες SI και καθοδηγούμενο μάθημα.
Κούνια του Νεύτωνα
Μια σειρά ίσων μπαλών μεταφέρει ορμή μέσω σχεδόν ελαστικών κρούσεων — η απέναντι μπάλα αιωρείται προς τα έξω ενώ οι άλλες κουνιούνται ελάχιστα.
Όταν η ακραία μπάλα χτυπά τη σειρά, η ορμή ταξιδεύει μέσα από την αλυσίδα των επαφών. Στην ιδανική περίπτωση η τελευταία μπάλα φεύγει με το μεγαλύτερο μέρος της ορμής ενώ οι εσωτερικές μπάλες παραμένουν σχεδόν ακίνητες.
- Η ορμή διατηρείται κατά μήκος της σειράς
- Σχεδόν ελαστικές επαφές
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
Αν τραβήξεις πίσω την πρώτη μπάλα σε ύψος απελευθέρωσης h και την αφήσεις να αιωθεί μέσα στη σειρά, τι καθορίζει πόσο γρήγορα πετάει έξω η τελευταία μπάλα;
Προβλέψεις προς σταθμίσει
- Η απέναντι μπάλα φεύγει με περίπου την ίδια ταχύτητα που είχε η πρώτη μπάλα στην πρόσκρουση.
- Η απέναντι μπάλα φεύγει πιο αργά, αφού οι μεσαίες μπάλες απορροφούν μέρος της κίνησης.
- Η απέναντι μπάλα φεύγει ταχύτερα από την ταχύτητα πρόσκρουσης της πρώτης μπάλας.
Ρόλοι μεταβλητών
Τι ρυθμίζεις:
- Μάζα μπάλας (kg)
- Ύψος απελευθέρωσης (m)
Τι μετράς:
- PE απελευθέρωσης (J)
- Ταχύτητα εξόδου της απέναντι μπάλας (m/s)
Πώς εκτελείται η έρευνα
- Άνοιξε την προεπιλογή Κούνια του Νεύτωνα στο sandbox.
- Σύρε την αριστερότερη μπάλα προς τα έξω και πάνω για να ορίσεις ύψος απελευθέρωσης, και μετά διάβασε πόσο ψηλά κάθεται πάνω από το σημείο ηρεμίας της.
- Άσε τη μπάλα να αιωθεί προς τα κάτω στη σειρά των ακουμπισμένων μπαλών. Δες ποιες μπάλες πετούν έξω στην απέναντι πλευρά, και πόσο ψηλά αιωρούνται.
Κυρίαρχη εξίσωση
Βαρυτική δυναμική ενέργεια — PE = m·g·h
Η τραβηγμένη πίσω μπάλα αποθηκεύει ενέργεια ίση με το βάρος της επί το πόσο την ανύψωσες πάνω από το σημείο ηρεμίας της — αυτό τροφοδοτεί όλη την αλυσιδωτή αντίδραση μόλις αφεθεί.
Κινητική ενέργεια — KE = ½·m·v²
Καθώς η αφεθείσα μπάλα αιωρείται προς τα κάτω, η αποθηκευμένη PE της μετατρέπεται σε KE· στο κάτω μέρος, αυτή η KE είναι που παραδίδεται σχεδόν εξ ολοκλήρου στην απέναντι μπάλα μέσω της αλυσίδας κρούσεων.
Τι ζητά να επεξεργαστούν οι μαθητές το εκτυπώσιμο φύλλο εργασίας
- Για κάθε γραμμή, υπολόγισε την PE απελευθέρωσης (mgh) και την KE πρόσκρουσης που θα έπρεπε να έχει η πρώτη μπάλα λίγο πριν φτάσει στο κάτω μέρος της αιώνησής της (½mv², με την μετρημένη farSpeed σου ως v). Πώς συγκρίνονται οι δύο ενέργειες;
- Χρησιμοποιώντας διατήρηση ορμής και κινητικής ενέργειας για αλυσίδα ίσων μαζών, εξήγησε γιατί η απέναντι μπάλα φεύγει με (περίπου) την ταχύτητα πρόσκρουσης της πρώτης μπάλας, ενώ οι μεσαίες μπάλες κινούνται ελάχιστα καθόλου.
Πού εμφανίζεται αυτό πέρα από το εργαστήριο
- Γιατί οι μεσαίες μπάλες κινούνται ελάχιστα, παρότι η ώθηση από την κρούση περνά μέσα από κάθε μία από αυτές;
- Στο sandbox, αιωρείται ποτέ η απέναντι μπάλα ακριβώς τόσο ψηλά όσο το ύψος απελευθέρωσής σου; Τι σου λέει το κενό (αν υπάρχει) για το πόσο ελαστικές είναι πραγματικά οι κρούσεις;
- AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
- AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Momentum & collisions
- NGSS High School Physics — Conservation of momentum
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- Καλώς όρισες στην Κούνια του Νεύτωνα
- Πάτησε Αναπαραγωγή
- Επίλεξε την πρώτη μπάλα
- Ορμή κατά μήκος της σειράς
- Άνοιξε τα δεδομένα
- Το κατάφερες!
Άνοιξε τη διαδραστική προσομοίωση για να χτίσεις τη σκηνή, πάτησε Αναπαραγωγή και εξερεύνησε με ζωντανές μετρήσεις και καθοδηγούμενο μάθημα.
Άνοιγμα Διαδραστικού Εργαστηρίου →