Μπάλα που αναπηδά: Απώλεια ενέργειας στην πρόσκρουση
1 · Πρόβλεψε
Όταν μια μπάλα ρίχνεται και αναπηδά από το δάπεδο, αναπηδά στο ίδιο ύψος από το οποίο ρίχτηκε, σε υψηλότερο ή σε χαμηλότερο;
- Αναπηδεί στο ίδιο ύψος (καμία ενέργεια δεν χάνεται).
- Αναπηδεί υψηλότερα από το ύψος πτώσης.
- Αναπηδεί χαμηλότερα από το ύψος πτώσης (λίγη ενέργεια χάνεται).
2 · Διάταξη
- Άνοιξε την προεπιλογή Μπάλα που αναπηδά. Σημείωσε το αρχικό ύψος της μπάλας πάνω από το δάπεδο και τη μάζα της.
- Επιβεβαίωσε ότι ο αισθητήρας ύψους είναι συνδεδεμένος στη μπάλα — αναφέρει το ύψος της μπάλας πάνω από το δάπεδο σε μέτρα.
- 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.
3 · Συλλογή Δεδομένων
| Μάζα (kg) | Ύψος πτώσης (m) | Βαρυτική PE (J) | Ύψος αναπήδησης (1η αναπήδηση) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Χάραξε το ύψος αναπήδησης (άξονας y) έναντι του ύψους πτώσης (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Περιγράψε το σχήμα της γραμμής.
4 · Ανάλυση
- 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;
5 · Επέκταση
- 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;
Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα
Βαρυτική δυναμική ενέργεια
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
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.
Μηχανική
- Κίνηση βλήματος & κινητική ενέργεια
- Μπάλα σε ράμπα: Ενέργεια σε κεκλιμένο επίπεδο χωρίς τριβή
- Σώμα σε ράμπα τριβής: Εύρεση κατωφλίου στατικής τριβής
- Οριακή ταχύτητα: Πτώση μέσα σε αντίσταση
- Εργαστήριο δυνάμεων: Δεύτερος νόμος του Νεύτωνα
- Αντίθετες δυνάμεις: Δεύτερος νόμος Νεύτωνα και ορμή
- Ελαστικές κρούσεις και διατήρηση ορμής
- Ανελαστική κρούση και διατήρηση ορμής
- Κούνια του Νεύτωνα: Μεταφορά ορμής και ενέργειας
- Απλό εκκρεμές
- Μάζα σε ελατήριο: Απλή αρμονική κίνηση
- Ομαλή κυκλική κίνηση και κεντρομόλος δύναμη