Gravitatsiooniline langemine: kas langev sond jätkab kiirendamist?

1 · Ennusta

Sond lastakse paigalseisust vabaks ja ta langeb otse keskmassi poole kauguse ruuduga pöördvõrdelise gravitatsiooni all. Kui ta langeb raadiuselt 3,0 m kuni 2,0 m ja 1,0 m, kuidas tema kiirus muutub?

• Ta kiireneb ühtlaselt, täpselt nagu Maa pinna lähedal lastud pall.
• Ta kiireneb üha kiiremini — tõmme tugevneb, mida lähemale ta jõuab.
• Ta aeglustub lähenedes, sest keskmass tõukab kiireid liikujaid eemale.

2 · Seadista

1. Ava gravitatsioonilise langemise eelseadistus. Üksik sond asub paigal kaugusel r₀ = 3,5 m keskmassist lõuendi keskel.
2. Kinnita, et nii r-sond (kaugus) kui kiiruse sond on enne mistahes jooksutamist sondi kehale kinnitatud.
3. Jooksuta simulatsioon ja peata see, kui sond läbib r = 3,0 m, siis 2,0 m ja siis 1,0 m, lugedes igal raadiusel kiiruse sondi.

3 · Kogu andmeid

Joonista langemiskiirus (y-telg) raadiuse r (x-telg) suhtes. Pane tähele, et r kahaneb sondi langedes, seega loe kõverat paremalt vasakule.

4 · Analüüsi

1. Sond langeb sama 0,5 m vahemaa 3,5→3,0 m ja uuesti 1,5→1,0 m, ometi võidab ta sisemisel lõigul palju rohkem kiirust. Kasuta oma andmeid, et selgitada, miks võrdsed kaugused ei anna siin võrdseid kiiruse juurdekasve (erinevalt vabast langemisest konstantse g-ga).
2. Võrdle igas reas mõõdetud langemiskiirust sama raadiuse paokiirusega. Langemiskiirus on alati väiksem — seosta see sellega, et sond algas paigalseisust (tema koguenergia on negatiivne, seega jääb ta seotud).

5 · Laienda

1. Maa pinna lähedal kasutame v = √(2g·Δh) koos konstantse g-ga. Selgita, miks see valem siin ei toimi ja missugune suurus asendab konstantse g, kui sond sissepoole liigub.
2. Idealiseeritud valem v = √(2GM(1/r − 1/r₀)) kasvab lõpmatuseni, kui r → 0. Päris simulatsioon seevastu kinnitab sondi keskpunktist veidi väljapoole. Missugune füüsikaline põhjus (ja modelleerimisvalik) hoiab kiiruse lõplikuna?

Selle eksperimendi füüsika

← Tagasi eksperimendi juurde

138 tasuta prinditavat füüsika töölehte