توپ جهنده: اتلاف انرژی هنگام برخورد
1 · پیشبینی
وقتی توپی میافتد و از زمین جهش میکند، به همان ارتفاعی که از آن افتاد برمیگردد، بلندتر یا کوتاهتر؟
- به همان ارتفاع جهش میکند (هیچ انرژی گم نمیشود).
- بلندتر از ارتفاع افت جهش میکند.
- کوتاهتر از ارتفاع افت جهش میکند (مقداری انرژی گم میشود).
2 · آمادهسازی
- پیشتنظیم توپ جهنده را باز کنید. بلندی آغازین توپ از زمین و جرمش را ببینید.
- مطمئن شوید کاوشگر بلندی به توپ وصل است — بلندی توپ از زمین را بر حسب متر میگوید.
- شبیهسازی را اجرا کنید تا توپ بیفتد و جهش کند. در بلایی جهش اول مکث کنید و بلندی رسیده را ثبت کنید.
3 · گردآوری داده
| جرم (kg) | ارتفاع رهاسازی (m) | انرژی پتانسیل گرانشی (J) | ارتفاع برگشت (جهش 1) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
ارتفاع بازگشت (محور y) را بر حسب ارتفاع افت (محور x) برای سه آزمایش رسم کنید. شکل خط را توصیف کنید.
4 · تحلیل
- برای هر ردیف، ارتفاع بازگشت را بر ارتفاع افت تقسیم کنید. در این نسبت میان سه آزمایش چه میبینید؟
- بازگردانی توپ 0.8 است. آن مقدار را به توان دو برسانید و با نسبت بالا مقایسه کنید. چه رابطهای مییابید؟
5 · گسترش
- اگر نسبت ارتفاعی که یافتید جهش پس از جهش ثابت بماند، بلندی جهش دومِ آزمایش اول را پیشبینی کنید. چند جهش لازم بود تا بلندی زیر 1 سانتیمتر بیفتد؟
- توپ واقعیِ در حال افتادن در هر جهش کمی انرژی هم به مقاومت هوا و صدا میدهد. انتظار دارید ارتفاعهای بازگشت توپ واقعی تندتر یا کندتر از الگوی ایدهآل e² که اینجا یافتید افت کنند؟
فیزیک پشت این آزمایش
انرژی پتانسیل گرانشی
انرژی ذخیرهشده در بلندی توپ از زمین درست پیش از رهاشدن — این همان بودجهٔ انرژیای است که در سقوط به جنبشی و پس از جهش دوباره به بلندی بدل میشود.
انرژی جنبشی
انرژی حرکت توپ. درست پیش از برخورد، تقریباً همهٔ انرژی پتانسیلِ افت به جنبشی بدل شده؛ جهش فقط کسری از آن انرژی جنبشی را برمیگرداند و به همین دلیل بازگشت از ارتفاع افت کوتاهتر میماند.