Ομαλή κυκλική κίνηση και κεντρομόλος δύναμη

1 · Πρόβλεψε

Μια μπάλα σε ράβδο περιφέρεται γύρω από σταθερό κεντρικό άξονα με σταθερή ταχύτητα. Αν αυξήσεις την τροχιακή ταχύτητα της μπάλας διατηρώντας την ακτίνα ίδια, ο χρόνος για μία πλήρης περιφορά (η περίοδος) μεγαλώνει, μικραίνει ή μένει ίδιος;

2 · Διάταξη

  1. Άνοιξε την προεπιλογή Κυκλική κίνηση. Σημείωσε το μήκος της ράβδου (την ακτίνα τροχιάς) και τη μάζα της μπάλας, και επιβεβαίωσε ότι η βαρύτητα είναι ανενεργή — μόνο η ράβδος παρέχει τη δύναμη που καμπυλώνει τη διαδρομή.
  2. Επιβεβαίωσε ότι ο αισθητήρας ταχύτητας είναι συνδεδεμένος στη μπάλα, και τοποθέτησε Χρονόμετρο στη μπάλα ώστε να χρονόμετρήσεις μία πλήρη περιφορά.
  3. Για κάθε δοκιμή παρακάτω, ρύθμισε τη μάζα της μπάλας, το μήκος ράβδου (ακτίνα) και την αρχική εφαπτομενική της ταχύτητα, και μετά πάτησε Αναπαραγωγή και χρονόμετρησε μία πλήρη περιφορά.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Μάζα m (kg)Radius r (m)Τροχιακή ταχύτητα v (m/s)Κεντρομόλος δύναμη F = mv²/r (N)Περίοδος T (1 περιφορά) (s)
1.002.003.00
1.003.004.00
2.002.505.00

Χάραξε την περίοδο T (άξονας y) έναντι του r/v (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Περιγράψε το σχήμα της γραμμής.

4 · Ανάλυση

  1. Για μία δοκιμή, δείξε τη διαδικασία σου υπολογίζοντας την περίοδο από την ακτίνα και την ταχύτητα που ρύθμισες (T = 2πr/v) και σύγκρινέ την με την ένδειξη του Χρονόμετρου στην προσομοίωση.
  2. Στις τρεις δοκιμές σου, πώς η αύξηση της ταχύτητας σε σταθερή ακτίνα αλλάζει την περίοδο; Πώς η αύξηση της ακτίνας σε σταθερή ταχύτητα αλλάζει την περίοδο; Εξήγησε και τα δύο χρησιμοποιώντας T = 2πr/v.

5 · Επέκταση

  1. Αυτή η προεπιλογή απενεργοποιεί τη βαρύτητα ώστε η κίνηση να είναι πραγματικά ομαλή. Αν η βαρύτητα επανενεργοποιούνταν και η ράβδος συνέχισε να χαράσσει οριζόντιο κύκλο, θα έμενε η ταχύτητα της μπάλας σταθερή σε όλη την περιφορά; Γιατί ή γιατί όχι;
  2. Ένα πραγματικό αντικείμενο σε τροχιά (όπως μπάλα σε νήμα που στροβιλίζεται με το χέρι) χάνει λίγη ενέργεια στην αντίσταση αέρα και στον άξονα σε κάθε περιφορά. Θα περίμενες τη μετρημένη περίοδό του να μένει τέλεια σταθερή σε πολλές περιφορές, ή να παρασύρεται — και προς ποια κατεύθυνση;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

Κεντρομόλος δύναμη

Η εσωτερική δύναμη που πρέπει να παρέχει η ράβδος για να κρατήσει τη μπάλα να κινείται σε κύκλο αντί ευθεία γραμμή. Εξαρτάται από τη μάζα της μπάλας, την (σταθερή) τροχιακή της ταχύτητα και την ακτίνα του κύκλου — αυτή είναι η τάση που θα ένιωθες στη ράβδο στις ρυθμίσεις κάθε δοκιμής.

← Πίσω στο πείραμα

Μηχανική

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής