مکانیک
حرکت دایرهای
توپ با شعاع ثابت مدار میزند: کشش میله نیروی مرکزگرا (F = m·v²/r) است که همیشه به سوی مرکز اشاره میکند. یک زمانسنج روی توپ بگذارید تا تناوب مداریاش خوانده شود.
حرکت دایرهای — شبیهسازی تعاملی مکانیک. توپ با شعاع ثابت مدار میزند: کشش میله نیروی مرکزگرا (F = m·v²/r) است که همیشه به سوی مرکز اشاره میکند. یک زمانسنج روی توپ بگذارید تا تناوب مداریاش خوانده شود. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
حرکت دایرهای یکنواخت
جسم در دایره با تندی پایا همچنان به سوی مرکز شتاب میگیرد چون جهت سرعتش پیوسته تغییر میکند.
شتاب مرکزگرا حتی با تندی ثابت به درون اشاره میکند. برای توپی روی میله، میله نیروی مرکزگرایی میدهد که مسیر را دایره میکند.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
خلاصهٔ پژوهش
پرسش را پیش از بازکردن آزمایشگاه برنامهریزی کنید
این خلاصه همان صفحهٔ از پیش رندرشده است: پرسش محوری، پیشبینیهای رقیب، نقش متغیرها، قوانین حاکم، برپاسازی، تحلیل و پرسشهای گسترش — به همین ترتیب و همیشه در دید میمانند.
پرسش محوری
توپی روی میلهای به گرد محور مرکزی ثابتی با تندی یکسان میچرخد. اگر تندی مداری توپ را با همان شعاع زیاد کنید، زمان یک دور کامل (تناوب) بلندتر، کوتاهتر یا همان میشود؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- تناوب بلندتر میشود (هر دور زمان بیشتری میبرد).
- تناوب همان میماند (تندی بر تناوب اثر ندارد).
- تناوب کوتاهتر میشود (هر دور زمان کمتری میبرد).
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- جرم m (kg)
- شعاع r (m)
- تندی مداری v (m/s)
آنچه اندازه میگیرید:
- نیروی مرکزگرا F = mv²/r (N)
- تناوب T (1 دور) (s)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم حرکت دایرهای را باز کنید. طول میله (شعاع مدار) و جرم توپ را ببینید و مطمئن شوید گرانش خاموش است — تنها میله نیروی خمکردن مسیر را میدهد.
- مطمئن شوید کاوشگر تندی به توپ وصل است و یک زمانسنج روی توپ بگذارید تا یک دور کامل را بگیرید.
- برای هر آزمایش زیر، جرم توپ، طول میله (شعاع) و تندی مماسی اولیه را تنظیم کنید، سپس Play بفشارید و یک دور کامل را زمان بگیرید.
معادلهٔ حاکم
نیروی مرکزگرا — F = m·v² / r
نیروی درونی که میله باید بدهد تا توپ بهجای خط مستقیم در دایره بچرخد. به جرم توپ، تندی مداری (ثابت) و شعاع دایره بستگی دارد — همین کششی است که در تنظیمات هر آزمایش در میله حس میکنید.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، مراحل محاسبهٔ تناوب از شعاع و تندیای که تنظیم کردهاید (T = 2πr/v) را نشان دهید و آن را با قرائت زمانسنج در شبیهسازی مقایسه کنید.
- در سه آزمایش خود، افزایش تندی در شعاع ثابت تناوب را چگونه تغییر میدهد؟ افزایش شعاع در تندی ثابت چطور؟ هر دو را با T = 2πr/v توضیح دهید.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- این پیشتنظیم گرانش را خاموش میکند تا حرکت واقعاً یکنواخت باشد. اگر گرانش روشن شود و میله همچنان دایرهای افقی بترسد، آیا تندی توپ در تمام دور ثابت میماند؟ چرا بله یا نه؟
- جسم مداری واقعی (مثل توپی روی ریسمانی که با دست میچرخانند) هر دور کمی انرژی به مقاومت هوا و محور میدهد. انتظار دارید تناوب اندازهگیریشدهاش روی دورهای بسیار کاملاً ثابت بماند یا انحراف یابد — و به کدام سو؟
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- به حرکت دایرهای خوش آمدید
- انتخاب توپ
- Play را بفشارید
- همیشه در حال چرخش
- بازکردن دادهها
- انجامش دادید!
شبیهسازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازهگیریهای زنده و آموزش هدایتشده کاوش کنید.