Vapaapudotus: muuttaako massa pudotusnopeutta?
1 · Ennusta
Pudota kevyt, keskikokoinen ja raskas pallo samasta korkeudesta samaan aikaan. Kumpi osuu maahan ensin?
- Raskaampi pallo putoaa nopeammin ja laskeutuu ensin.
- Kaikki kolme putoavat samalla nopeudella ja laskeutuvat yhdessä.
- Kevyempi pallo putoaa nopeammin ja laskeutuu ensin.
2 · Kokoa
- Avaa vapaapudotusesiasetus. Sinun pitäisi nähdä kolme erikokoista palloa rivissä samalla korkeudella.
- Kiinnitä korkeusanturi keskikokoiseen palloon ja varmista, että kaikki kolme palloa alkavat samasta y-asemasta.
- Suorita simulaatio ja käytä sekuntikelloa/ruutulaskuria jokaisen pallon pudotuksen ajoittamiseen.
3 · Kerää data
| Massa (kg) | Kulunut aika (s) | Putoamisnopeus (m/s) | Liikemäärä (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
Kuvaa putoamisnopeus (y-akseli) kulunutta aikaa vasten (x-akseli) kaikille kolmelle pallolle samassa kuvaajassa.
4 · Analysoi
- Vertaa kevyen, keskikokoisen ja raskaan pallon putoamisnopeuksia samalla kuluneella ajalla. Mitä huomaat?
- Käyttäen dataasi laske kiihtyvyys (Δnopeus / Δaika) jokaiselle pallolle. Miten se vertautuu arvoon g = 9.8 m/s²?
5 · Laajenna
- Sulka ja keilapallo pudotettuna todellisessa ilmassa EIVÄT laskeudu yhdessä. Mikä voima, joka puuttuu tästä ideaalistetusta simulaatiosta, aiheuttaa tuon eron?
- Kuun astronautit pudottivat vasaran ja sulan ja ne laskeutuivat yhdessä. Selitä, miksi Kuu on parempi paikka kuin Maa nähdä tämä demonstraatio todellisilla kappaleilla.
Tämän kokeen fysiikka
Liikemäärä
Vaikka kaikki kolme palloa jakavat saman putoamisnopeuden annettuna ajankohtana, niiden liikemäärät eroavat, koska liikemäärä skaalautuu massan mukaan – siksi raskas pallo tekisi enemmän tuhoa osuessaan, vaikka ei putoaisi lainkaan nopeammin.
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
- Pomppiva pallo: energian menetys törmäyksessä
- Kimmoiset törmäykset ja liikemäärän säilyminen
- Kimmoamaton törmäys ja liikemäärän säilyminen
- Newtonin keilu: liikemäärän ja energian siirtyminen
- Yksinkertainen heiluri
- Massa jousessa: tasainen värähtelyliike