شیب و بار: شتاب بر سطح شیب‌دار
1 · پیش‌بینی
اگر بار را از سکون رها کنید و زاویهٔ شیب را تندتر کنید، پس از همان مدت با تندی‌اش چه می‌شود؟
- تندتر تند می‌شود — شیب تندتر، شتاب بزرگ‌تری می‌دهد.
- به همان تندی می‌رسد — زاویه بر تندیِ شتاب‌گرفتن اثر ندارد.
- کندتر تند می‌شود — شیب تندتر شتاب کوچک‌تری می‌دهد.
2 · آماده‌سازی
- پیش‌تنظیم شیب و بار را در جعبهٔ آزمایش آزاد مکانیک باز کنید.
- شیب را انتخاب کنید و زاویهٔ آن را برای این آزمایش از پنل ویژگی‌ها تنظیم کنید.
- بار را از سکون در بالای شیب رها کنید و پس از زمان سپری‌شدهٔ فهرست‌شده، تندی‌اش را از کاوشگر بخوانید.
3 · گردآوری داده
| زاویهٔ شیب (deg) | جرم بار (kg) | زمان سپری‌شده (s) | تندی (m/s) | انرژی جنبشی (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
برای آزمایش‌های ثابت 1 s، تندی (محور y) را بر حسب زاویهٔ شیب (محور x) رسم کنید. آیا رابطه خط راست است؟
4 · تحلیل
- با استفاده از v = g sin θ · t، تندی مورد انتظار هر ردیف را حساب کنید و آن را با چیزی که از کاوشگر می‌خوانید مقایسه کنید.
- جرم بار در هر سه آزمایش روی 3 kg ثابت می‌ماند در حالی که زاویه تغییر می‌کند. این دربارهٔ رابطهٔ جرم و شتاب روی شیب بدون اصطکاک چه می‌گوید؟
5 · گسترش
- دو بار با جرم‌های متفاوت هم‌زمان از همان زاویه رها می‌شوند. کدام اول به پایین می‌رسد؟ با داده‌هایتان پاسخ را بسنجید.
- شیب‌های واقعی اصطکاک دارند. اگر این شیب بی‌اصطکاک نبود، تندی اندازه‌گیری‌شده بالاتر بود یا پایین‌تر از پیش‌بینی v = g sin θ · t شما؟ چرا؟
فیزیک پشت این آزمایش
انرژی جنبشی
انرژی جنبشی بار با مجذور تندی‌اش رشد می‌کند وقتی از شیب شتاب می‌گیرد — دو برابر تندی، چهار برابر انرژی جنبشی.
انرژی پتانسیل گرانشی
روی شیب بدون اصطکاک، انرژی پتانسیل گرانشی‌ای که بار با فرود از دست می‌دهد کامل به انرژی جنبشی‌ای بدل می‌شود که می‌گیرد — چیزی به گرما گم نمی‌شود.
مکانیک
- حرکت پرتابه و انرژی جنبشی
- 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