Κούνια του Νεύτωνα: Μεταφορά ορμής και ενέργειας

1 · Πρόβλεψε

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;

2 · Διάταξη

  1. Άνοιξε την προεπιλογή Κούνια του Νεύτωνα στο sandbox.
  2. 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.
  3. 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.

3 · Συλλογή Δεδομένων

Μάζα μπάλας (kg)Ύψος απελευθέρωσης (m)PE απελευθέρωσης (J)Ταχύτητα εξόδου της απέναντι μπάλας (m/s)
1.000.30
1.000.50
1.000.70

Χάραξε την ταχύτητα εξόδου της απέναντι μπάλας (άξονας y) έναντι του ύψους απελευθέρωσης (άξονας x) για τις τρεις δοκιμές σου. Είναι η σχέση ευθεία γραμμή;

4 · Ανάλυση

  1. 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;
  2. 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.

5 · Επέκταση

  1. Γιατί οι μεσαίες μπάλες κινούνται ελάχιστα, παρότι η ώθηση από την κρούση περνά μέσα από κάθε μία από αυτές;
  2. 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;

Η Φυσική Πίσω από Αυτό το Πείραμα

Βαρυτική δυναμική ενέργεια

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

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.

← Πίσω στο πείραμα

Μηχανική

138 δωρεάν εκτυπώσιμα φύλλα εργασίας φυσικής