Mekaniikka

Vastakkaiset voimat

Katso laatikon hidastuvan, pysähtyvän ja kääntyvän takaisin voiman vaikutuksesta, joka on pienempi kuin sen liikemäärän hetkessä pysäyttämiseen vaadittava.

Vastakkaiset voimat – interaktiivinen Mekaniikka-simulaatio. Katso laatikon hidastuvan, pysähtyvän ja kääntyvän takaisin voiman vaikutuksesta, joka on pienempi kuin sen liikemäärän hetkessä pysäyttämiseen vaadittava. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Resultanttivoima ja hidastuminen

Kun voima vastustaa liikettä, resultanttivoima on pienempi kuin kumpikaan voima yksinään, ja kappale hidastuu.

Tämä palikka liikkuu oikealle, mutta siihen vaikuttaa vasemmalle suuntautuva voima. Resultanttivoima on kaikkien voimien vektorisumma, joten palikka hidastuu, pysähtyy ja voi kääntyä takaisin – konkreettinen tapaus Newtonin toisesta laista vastakkaisilla vaikutuksilla.

• F_net = ΣF
• a = F_net / m

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

Oikealle liikkuvaan palikkaan kohdistuu vakio voima vastakkaiseen suuntaan. Mitä sen liikkeelle tapahtuu ajan kuluessa?

Punniteltavat ennusteet

• Se hidastuu ja pysähtyy pysyvästi
• Se hidastuu, pysähtyy ja kiihtyy sitten liikkuessaan vastakkaiseen suuntaan
• Se hidastuu hetken ja jatkaa sitten vakiolla pienennetyllä nopeudella

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Massa m (kg)
• Alkunopeus v₀ (m/s)
• Vastakkainen voima F (N)

Mitä mittaat:

• Alkuliikemäärä p = mv (kg·m/s)
• Nopeus kohdassa t = 4 s (m/s)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa vastakkaiset voimat -simulaatio ja paina Nollaa.
2. Ota käyttöön nopeusanturi palikassa.
3. Jokaiselle suoritukselle aseta palikan alkunopeus, paina Toista, tauota kohdassa t = 4 s aikajanolla ja kirjaa nopeuslukema.

Hallitseva yhtälö

Liikemäärä — p = m·v

Palikan massa ja alkunopeus määräävät sen liikemäärän ennen kuin vastakkainen voima vaikuttaa.

Newtonin toinen laki — F = m·a

Vakio vastakkainen voima jaettuna massalla antaa palikan vakion hidastuvuuden, joka hidastaa, pysäyttää ja lopulta kääntää sen.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Näytä laskusi laskemalla alkuliikemäärä p = mv yhdelle suoritukselle.
• Käyttäen kaavaa a = F/m ennusta palikan nopeus kohdassa t = 4 s jokaiselle suoritukselle ja vertaa sitä taulukkoosi. Liikkuuko palikka edelleen alkuperäiseen suuntaansa, onko hetkellisesti levossa vai liikkuuko se taaksepäin?

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Jos palikan massa kaksinkertaistettaisiin, kun vastakkainen voima pysyy samana, kestäisikö pysäyttäminen kauemmin vai lyhyemmin? Selitä kaavalla F = ma.
• Todelliset palikat, jotka liukuvat todellisella pinnalla, tuntevat myös kitkaa. Saisiko kitka palikan pysähtymään aikaisemmin vai myöhemmin kuin tämä ideaalistettu simulaatio ennustaa?

• AP Physics 1 — Unit 2: Force and Translational Dynamics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
• IB Physics — A.2 Forces and momentum
• General High School Physics — Forces & Newton's laws
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
• Middle School Physical Science — Force, mass, and motion

1. Tervetuloa vastakkaisiin voimiin
2. Valitse palikka
3. Paina Toista
4. Hidastuminen
5. Avaa data
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Newtonin toinen laki