مکانیک
حرکت پرتابه‌ای
قوس سهمی را ببینید، در حالی که گرانش مسیر را به پایین خم می‌کند.
حرکت پرتابه‌ای — شبیه‌سازی تعاملی مکانیک. قوس سهمی را ببینید، در حالی که گرانش مسیر را به پایین خم می‌کند. آزمایشگاه مجازی فیزیکِ رایگانِ مرورگری با اندازه‌گیری‌های زندهٔ SI و آموزش هدایت‌شده.
استقلال حرکت
حرکت افقی و عمودی مستقل‌اند. تندی افقی ثابت می‌ماند (با چشم‌پوشی از مقاومت هوا) در حالی که گرانش جسم را به پایین می‌کشد.
گالیله نشان داد حرکت افقی پرتابه بر سقوط عمودی‌اش اثر نمی‌گذارد. می‌توانید حرکت را دو مسئلهٔ جدا بگیرید: سرعت ثابت در x و شتاب ثابت در y به‌سبب گرانش. ترکیبشان سهمی می‌ترسد.
- x = v₀ cos θ · t
- y = v₀ sin θ · t − ½gt²
- برد R ≈ (v₀² sin 2θ) / g
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 را تندتر پرتاب کنید، انرژی جنبشی‌اش هنگام پرتاب و بیشینهٔ ارتفاعش چگونه تغییر می‌کند؟
پیش‌بینی‌هایی که باید سنجیده شوند
- هر دو زیاد می‌شوند
- هر دو همان می‌مانند
- انرژی جنبشی زیاد می‌شود اما ارتفاع همان می‌ماند
نقش متغیرها
آنچه شما تنظیم می‌کنید:
- جرم m (kg)
- تندی پرتاب v (m/s)
آنچه اندازه می‌گیرید:
- KE = ½mv² (J)
- بیشینهٔ ارتفاع h (m)
پژوهش چگونه اجرا می‌شود
- شبیه‌سازی پرتابه را باز کنید و Reset بزنید.
- کاوشگر تندی و قرائت ارتفاع را فعال کنید — ارتفاع نه از نقطهٔ پرتاب، بلکه از کف اندازه‌گیری می‌شود، بنابراین ارتفاع پرتاب ثابت 1.2 متری توپ را نیز شامل می‌شود.
- تندی پرتاب را برای هر آزمایش زیر تنظیم کنید، Play بفشارید و مقدارهای اوج را ثبت کنید.
معادلهٔ حاکم
انرژی جنبشی — KE = ½·m·v²
انرژی حرکت هنگام پرتاب، از جرم و تندی پرتابی که برای هر آزمایش گذاشتید.
انرژی پتانسیل گرانشی — PE = m·g·h
انرژی ذخیره‌شده در بالاترین ارتفاع توپ، از ارتفاع توپ بالای کف — نه بالای نقطه پرتاب خوانده می‌شود. از آن‌جا که این پرتاب زاویه‌دار است (نه مستقیم به بالا)، تنها مؤلفهٔ عمودیِ سرعت پرتاب به بالاروی اضافی بالای نقطه پرتاب تبدیل می‌شود: این مؤلفه 64% از KE پرتاب را در این زاویه حمل می‌کند (بقیه حرکت افقی باقی می‌ماند، همچنان در بالاترین نقطه وجود دارد). اما قرائت ارتفاع نیز ارتفاع پرتاب ثابت 1.2 m توپ بالای کف را شامل می‌شود، بنابراین PE در بالاترین نقطه m·g·(1.2 m + بالاروی) است — نه صرفاً 0.64× KE پرتاب، و نسبت بین آنها با سرعت تغییر می‌کند نه اینکه ثابت باقی بماند.
برگهٔ کار چاپی از دانش‌آموزان چه می‌خواهد به دست آورند
- برای یک آزمایش، مراحل محاسبهٔ KE = ½mv² را نشان دهید و آن را با قرائت انرژی جنبشی شبیه‌سازی مقایسه کنید.
- رابطهٔ انرژی جنبشی پرتاب و بیشینهٔ ارتفاع را توصیف کنید. خطی است؟ از جدولتان عدد بیاورید.
کجا غیر از آزمایشگاه خودش را نشان می‌دهد
- با تندی ثابت، کدام زاویهٔ پرتاب بیشینهٔ بیشتری می‌دهد؟ توضیح دهید چرا.
- پرتابه‌های واقعی به ارتفاعی که جدولتان پیش‌بینی می‌کند نمی‌رسند. انرژی گم‌شده کجا می‌رود؟
- AP Physics 1 — Unit 1: Kinematics
- AP Physics C: Mechanics — Unit 1: Kinematics
- IB Physics — A.1 Kinematics
- General High School Physics — Motion & kinematics
- NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
- پیش‌بینی: با بیشینهٔ ارتفاع چه می‌شود؟
- تغییر: تندی پرتاب را روی 8 m/s بگذارید
- اجرا: دو آزمایش ثبت کنید
- خواندن نمودار
- توضیح: چه دیدید؟
شبیه‌سازی تعاملی را باز کنید تا صحنه را بسازید، Play را بفشارید و با اندازه‌گیری‌های زنده و آموزش هدایت‌شده کاوش کنید.