مکانیک
گهوارهٔ نیوتن
ببینید تکانه از میان ردیف به توپ دور میرسد.
گهوارهٔ نیوتن — شبیهسازی تعاملی مکانیک. ببینید تکانه از میان ردیف به توپ دور میرسد. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازهگیریهای زندهٔ SI و آموزش هدایتشده.
گهوارهٔ نیوتن
ردیف توپهای برابر تکانه را با برخوردهای تقریباً کشسان میگذراند — توپ دور بیرون میجهد و بقیه بهسختی تک میخورند.
وقتی توپ انتهایی به ردیف میخورد، تکانه از راه زنجیرهٔ تماسها میگذرد. در حالت ایدهآل آخرین توپ با بیشتر تکانه بیرون میرود و توپهای میانی تقریباً ساکن میمانند.
- تکانه در طول ردیف پایسته است
- تماسهای تقریباً کشسان
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
اگر توپ اول را تا ارتفاع رهاشدن h به عقب بکشید و رهایش کنید تا در ردیف بنشیند، چه چیزی تندی پرواز توپ آخر را تعیین میکند؟
پیشبینیهایی که باید سنجیده شوند
- توپ دور تقریباً با همان تندیای بیرون میجهد که توپ اول هنگام برخورد داشت.
- توپ دور کندتر بیرون میجهد، چون توپهای میانی مقداری از حرکت را میگیرند.
- توپ دور تندتر از تندی برخوردی توپ اول بیرون میجهد.
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم میکنید:
- جرم توپ (kg)
- ارتفاع رهاسازی (m)
آنچه اندازه میگیرید:
- PE هنگام رهاسازی (J)
- تندی خروج توپ دور (m/s)
پژوهش چگونه اجرا میشود
- پیشتنظیم تاب نیوتنی را در جعبهٔ ورزش باز کنید.
- چپترین توپ را به بیرون و بالا بکشید تا ارتفاع رهاشدنی بگذارید، سپس بلندیاش از نقطهٔ سکونش را بخوانید.
- توپ را رها کنید تا در ردیف توپهای چسبیده بنشیند. ببینید کدام توپ(ها) آن طرف بیرون میجهد و چقدر بالا میرود.
معادلهٔ حاکم
انرژی پتانسیل گرانشی — PE = m·g·h
توپِ کشیدهشده به عقب، انرژیای برابر وزنش ضربدر بلندیای که بالای نقطهٔ سکونش بلندش کردید ذخیره میکند — همین پس از رهاشدن کل واکنش زنجیرهای را راه میاندازد.
انرژی جنبشی — KE = ½·m·v²
وقتی توپ رهاشده پایین میآید، انرژی پتانسیل ذخیرهاش به جنبشی بدل میشود؛ در پایین، همان انرژی جنبشی است که تقریباً کامل به توپ دور، از راه زنجیرهٔ برخوردها، منتقل میشود.
برگهٔ کار چاپی از دانشآموزان چه میخواهد به دست آورند
- برای هر ردیف، انرژی پتانسیل رهاشدن (mgh) و انرژی جنبشی برخوردی را که توپ اول باید درست پیش از رسیدن به پایین نوسارش داشته باشد (½mv²، با farSpeed اندازهگیریشده بهجای v) حساب کنید. دو انرژی چگونه مقایسه میشوند؟
- با پایستگی تکانه و انرژی جنبشی برای زنجیرهای از جرمهای برابر، توضیح دهید چرا توپ دور با (تقریباً) تندی برخوردی توپ اول بیرون میجهد، در حالی که توپهای میانی تقریباً حرکت نمیکنند.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان میدهد
- چرا توپهای میانی تقریباً تکان نمیخورند، با آنکه تکانهٔ نیروی برخورد از همهٔ آنها میگذرد؟
- در جعبهٔ ورزش، آیا توپ دور تا ارتفاع رهاشدنتان بالانمیرود؟ آن فاصله (اگر باشد) دربارهٔ کشسان بودن واقعی برخوردها چه میگوید؟
- 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
- به تاب نیوتنی خوش آمدید
- Play را بفشارید
- انتخاب توپ اول
- تکانه در طول ردیف
- 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.