مکانیک
برخورد کشسان
ببینید تکانهٔ کل هنگام جدا شدن توپها ثابت میماند.
برخورد کشسان — شبیهسازی تعاملی مکانیک. ببینید تکانهٔ کل هنگام جدا شدن توپها ثابت میماند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
پایستگی تکانه
در برخورد بدون نیروی بیرونی، تکانهٔ کل پایسته است. در برخورد کشسان، انرژی جنبشی هم پایسته است.
وقتی دو توپ روی سطح بدون اصطکاک برخورد میکنند، تکانههای فردیشان عوض میشود اما تکانهٔ کل سامانه همان میماند. در برخورد تقریباً کشسان، با انرژی جنبشی تقریباً بیتغییر از هم جدا میشوند — توپ تند داخل، توپ تند بیرون.
- p = mv → Σp_before = Σp_after
- KE = ½mv² (در برخوردهای کشسان پایسته است)
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
دو توپ یکسان با تندی یکسان به سوی هم میآیند و کشسان برخورد میکنند. پس از برخورد، سرعتشان نسبت به قبل چگونه است؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- هر توپ با همان تندی که آمده بود مستقیم برمیگردد
- هر دو توپ همانجا در نقطهٔ برخورد متوقف میشوند
- هر دو توپ بیتغییر ادامه میدهند، انگار از هم گذشتهاند
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- جرم m (هر توپ) (kg)
- تندی نزدیکشدن v (m/s)
آنچه اندازه میگیرید:
- تکانه توپ A، p = mv (kg·m/s)
- انرژی جنبشی توپ A = ½mv² (J)
- تکانهٔ توپ A پس از برخورد — پیشبینی ایدهآل (kg·m/s)
- تکانهٔ کل پس از برخورد (A + B) (kg·m/s)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- شبیهسازی برخورد کشسان را باز کنید و Reset را بفشارید.
- مطمئن شوید هر دو توپ جرم برابر دارند و تندی نزدیکشدن هر آزمایش زیر را تنظیم کنید (توپ A به راست، توپ B به چپ با همان تندی).
- Play را بفشارید، کاوشگرهای تکانهٔ هر دو توپ را ببینید و قرائت تکانهٔ توپ A را بلافاصله پس از جدا شدن ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
تکانه — p = m·v
تکانهٔ هر توپ پیش از برخورد، از جرم و تندی نزدیکشدنی که برای هر آزمایش گذاشتهاید. تکانهٔ کل (توپ A + توپ B) در برخورد پایسته است.
انرژی جنبشی — KE = ½·m·v²
انرژی جنبشی توپ A پیش از برخورد. در برخورد کاملاً کشسان کامل پایسته است؛ بازگردانی 0.98 شبیهسازی زنده فقط e² آن را نگه میدارد که پاسخهای گسترشتان باید حسابش کند.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، مراحل محاسبهٔ تکانهٔ توپ A پیش از برخورد (p = mv) را نشان دهید و آن را با قرائت کاوشگر تکانهٔ شبیهسازی مقایسه کنید.
- تکانهٔ توپ A را پیش و پس از برخورد مقایسه کنید. تغییر علامت دربارهٔ جهتش چه میگوید؟ آیا تکانهٔ کل توپ A + توپ B پایسته است؟
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- شبیهسازی بازگردانی 0.98 به کار میبرد، نه 1.0 کامل. انتظار دارید تکانهٔ بازگشتی چگونه از پیشبینی ایدهآلتان فرق کند، و چرا؟
- اگر توپ B دو برابر توپ A سنگین بود، توپ A همچنان مستقیم برمیگشت؟ با فرمولهای عمومی برخورد کشسان استدلال کنید.
- AP Physics 1 — Unit 4: Linear Momentum
- AP Physics C: Mechanics — Unit 4: Linear Momentum
- IB Physics — A.2 Forces and momentum
- General High School Physics — Momentum & collisions
- NGSS High School Physics — Conservation of momentum
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- Middle School Physical Science — Kinetic energy
- به برخوردهای کشسان خوش آمدید
- Play را بفشارید
- تبادل تکانه
- انتخاب یک توپ
- 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.