Pomppiva pallo: energian menetys törmäyksessä
1 · Ennusta
Kun pallo pudotetaan ja se pomppaa lattiasta, pomppaako se samaan korkeuteen, josta se pudotettiin, korkeampaan vai matalampaan?
- Se pomppaa samaan korkeuteen (energiaa ei menetetä).
- Se pomppaa korkeammalle kuin pudotuskorkeus.
- Se pomppaa matalammalle kuin pudotuskorkeus (osaa energiasta menetetään).
2 · Kokoa
- Avaa Pomppiva pallo -esiasetuksen. Kirjaa pallon lähtökorkeus lattian yläpuolella ja sen massa.
- Varmista, että korkeusanturi on kiinnitetty palloon – se raportoi pallon korkeuden lattian yläpuolella metreinä.
- Suorita simulaatio ja anna pallon pudota ja pomppia. Tauota ensimmäisen pomppumisen huipulla ja kirjaa saavutettu huippukorkeus.
3 · Kerää data
| Massa (kg) | Pudotuskorkeus (m) | Gravitaation PE (J) | Pomppukorkeus (1. pomppu) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Kuvaa pomppukorkeus (y-akseli) pudotuskorkeutta vasten (x-akseli) kolmelle suorituksellesi. Kuvaile viivan muoto.
4 · Analysoi
- Jokaiselle riville jaa pomppukorkeus pudotuskorkeudella. Mitä huomaat tästä suhteesta kolmen suorituksesi välillä?
- Pallon kimmoisuus on 0.8. Neliöi se arvo ja vertaa sitä yllä laskemaasi suhteeseen. Minkä suhteen löydät?
5 · Laajenna
- Jos löytämäsi korkeussuhde pysyy vakiointa pomppu pomppun jälkeen, ennusta toisen pomppumisen huippukorkeus ensimmäiselle suorituksellesi. Kuinka monta pomppua kestäisi ennen kuin huippukorkeus putoaa arvon 1 cm alle?
- Todellinen pudotettu pallo menettää myös hieman energiaa ilmanvastukseen ja ääneen jokaisessa pomppussa. Odotatko todellisen pallon pomppukorkeuksien laskevan nopeammin vai hitaammin kuin tässä löytämäsi ideaalinen e²-kuvio?
Tämän kokeen fysiikka
Gravitaatiopotentiaalienergia
Palloon varastoitunut energia sen korkeudesta lattian yläpuolella juuri ennen vapautusta – tämä on energiatalous, joka muuntuu liike-energiaksi pudotuksen aikana ja pomppun jälkeen takaisin korkeudeksi.
Liike-energia
Pallon liikkeen energia. Juuri ennen törmäystä käytännössä koko pudotuksen PE on muuttunut KE:ksi; pomppu palauttaa sitten vain osan siitä KE:stä, minkä vuoksi pomppu jää pudotuskorkeuden alapuolelle.
Mekaniikka
- Heittoliike ja liike-energia
- Pallo rampilla: energia kitkattomalla kaltevuudella
- Palikka kitkarampilla: lepokitkan kynnyksen löytäminen
- Rajanopeus: putoaminen ilmanvastuksen läpi
- Voimalaboratorio: Newtonin toinen laki
- Vastakkaiset voimat: Newtonin toinen laki ja liikemäärä
- Kimmoiset törmäykset ja liikemäärän säilyminen
- Kimmoamaton törmäys ja liikemäärän säilyminen
- Newtonin keilu: liikemäärän ja energian siirtyminen
- Yksinkertainen heiluri
- Massa jousessa: tasainen värähtelyliike
- Tasainen ympyräliike ja sentripetalivoima