حرکت پرتابه و انرژی جنبشی
1 · پیش‌بینی
اگر توپ را تندتر پرتاب کنید، انرژی جنبشی‌اش هنگام پرتاب و بیشینهٔ ارتفاعش چگونه تغییر می‌کند؟
- هر دو زیاد می‌شوند
- هر دو همان می‌مانند
- انرژی جنبشی زیاد می‌شود اما ارتفاع همان می‌ماند
2 · آماده‌سازی
- 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.
3 · گردآوری داده
| جرم m (kg) | تندی پرتاب v (m/s) | KE = ½mv² (J) | بیشینهٔ ارتفاع h (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 8.00 | ||
| 1.00 | 10.00 | ||
| 1.00 | 12.00 |
بیشینهٔ ارتفاع h (محور y) را بر حسب انرژی جنبشی پرتاب KE (محور x) رسم کنید.
4 · تحلیل
- 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.
5 · گسترش
- 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؟
فیزیک پشت این آزمایش
انرژی جنبشی
انرژی حرکت هنگام پرتاب، از جرم و تندی پرتابی که برای هر آزمایش گذاشتید.
انرژی پتانسیل گرانشی
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.
مکانیک
- توپ روی شیب: انرژی بر سطح بیاصطکاک
- بلوک بر شیب اصطکاکی: یافتن آستانهٔ اصطکاک ایستایی
- تندی حدی: سقوط در میان پسار
- آزمایشگاه نیرو: قانون دوم نیوتن
- نیروهای مقابل: قانون دوم نیوتن و تکانه
- توپ جهنده: اتلاف انرژی هنگام برخورد
- برخوردهای کشسان و پایستگی تکانه
- برخورد غیرکشسان و پایستگی تکانه
- تاب نیوتنی: انتقال تکانه و انرژی
- آونگ ساده
- جرم روی فنر: حرکت هماهنگ ساده
- حرکت دایرهای یکنواخت و نیروی مرکزگرا