Mekaniikka
Pallo kaltevalla tasolla
Katso pallon nopeutuvan, kun se rullaa rinnettä alas.
Pallo kaltevalla tasolla – interaktiivinen Mekaniikka-simulaatio. Katso pallon nopeutuvan, kun se rullaa rinnettä alas. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.
Painovoima rampilla
Kitkattomalla kaltevuudella painovoima vetää palloa rinteen suuntaan. Vain ramppiin rinnakkainen komponentti kiihdyttää palloa.
Painovoima vaikuttaa suoraan alaspäin. Kaltevalle pinnalle se jaetaan komponentteihin: yksi ramppiin rinnakkainen (aiheuttaa kiihtyvyyttä) ja yksi kohtisuora (tasapainottuu normaalivoimaan). Siksi pallo rullaa rinnettä alas, vaikka painovoima osoittaa aina alaspäin.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (kitkaton)
Tutkimustiivistelmä
Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista
Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.
Tutkimuskysymys
Raskaampi pallo ja kevyempi pallo vapautetaan molemmat levosta samalta korkeudelta kitkattomalla rampilla. Kumpi saavuttaa pohjan nopeammin?
Punniteltavat ennusteet
- Raskaampi pallo saavuttaa pohjan nopeammin.
- Molemmat pallot saavuttavat pohjan samalla nopeudella.
- Kevyempi pallo saavuttaa pohjan nopeammin.
Muuttujien roolit
Mitä asetat:
- Massa (kg)
- Rammin kulma (°)
- Pudotettu korkeus (m)
Mitä mittaat:
- Gravitaation PE (J)
- Nopeus pohjassa (m/s)
Miten tutkimus etenee
- Avaa Kalteva taso -esiasetuksen. Kirjaa rammin kallistuskulma sekä pallon massa ja sen lähtökorkeus rammin pohjan yläpuolella.
- Käytä Ominaisuudet-paneelia asettaaksesi pallon massan ja rammin kulman tälle suoritukselle, ja kirjaa pallon pystysuora lähtökorkeus rammin pohjan yläpuolella.
- Suorita simulaatio ja kirjaa pallon nopeuslukema (anturi) juuri, kun se saavuttaa rammin pohjan.
Hallitseva yhtälö
Gravitaatiopotentiaalienergia — PE = m·g·h
Pallon korkeus rammin pohjan yläpuolella varastoi gravitaation PE:n ennen vapautusta – energiatalous, joka muuttuu liikkeeksi, kun se rullaa alas.
Liike-energia — KE = ½·m·v²
Kitkattomalla rampilla koko alkuperäinen PE on muuttunut KE:ksi, kun pallo saavuttaa pohjan, ja juuri se määrää sen lopullisen nopeuden.
Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään
- Laske jokaiselle riville 1/2 m v^2 mittaamallasi pohjan nopeudella. Vertaa sitä gravitaation PE-sarakkeeseen. Mitä huomaat?
- Kolme suoritustasi käyttää eri rammin kulmia. Muuttaako pelkkä kulman muuttaminen samalla lähtökorkeudella lopullista nopeutta? Käytä energian säilymistä selittääksesi miksi tai miksi ei.
Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella
- Gravitaation PE-sarakkeesi riippuu massasta, mutta mitattu lopullinen nopeus ei. Selitä, miksi raskaampi pallo ei saavuta pohjaa nopeammin kuin kevyempi kitkattomalla rampilla.
- Todellisessa rampissa on hieman kitkaa, ja todellisen rullaavan pallon on myös kulutettava osa energiastaan pyörimisen käynnistämiseen. Odotatko todellisen pallon lopullisen nopeuden olevan suurempi vai pienempi kuin kitkaton ennusteesi? Miksi?
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- Ennusta: vaikuttaako massa?
- Muuta: kaksinkertaista pallon massa
- Suorita: tallenna kaksi suoritusta
- Lue kuvaaja
- Selitä: yllättävä tulos
Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.
Avaa interaktiivinen laboratorio →