Gravitaatiopudotus: jatkaako pudotettu luotain kiihtymistä?

1 · Ennusta

Luotain vapautetaan levosta ja putoaa suoraan kohti keskimassaa käänteisen neliön gravitaatiossa. Kun se putoaa säteeltä 3.0 m arvoon 2.0 m ja sitten 1.0 m, miten sen nopeus muuttuu?

• Se saa nopeutta tasaisella tahdilla, kuten Maan pinnan lähellä pudotettu pallo.
• Se saa nopeutta yhä nopeammin – veto kasvaa vahvemmaksi sen lähestyessä.
• Se hidastuu lähestyessään, koska keskimassa työntää nopeita kappaleita pois.

2 · Kokoa

1. Avaa grav-fall-esiasetus. Yksittäinen luotain on levossa etäisyydellä r₀ = 3.5 m näytön keskellä olevasta keskimassasta.
2. Varmista, että r-anturi (etäisyys) ja nopeusanturi ovat molemmat kiinnitetty luotainkappaleeseen ennen kuin suoritat mitään.
3. Suorita simulaatio ja tauota se, kun luotain ohittaa kohdat r = 3.0 m, sitten 2.0 m ja sitten 1.0 m, lukien nopeusanturin kummallakin säteellä.

3 · Kerää data

Kuvaa putoamisnopeus (y-akseli) säteen r vasten (x-akseli). Huomaa, että r pienenee luotaimen pudotessa, joten lue käyrä oikealta vasemmalle.

4 · Analysoi

1. Luotain putoaa samat 0.5 m kohdista 3.5→3.0 m ja uudelleen kohdista 1.5→1.0 m, silti se saa paljon enemmän nopeutta sisemmällä välillä. Käytä dataasi selittääksesi, miksi yhtä suuret etäisyydet eivät anna yhtä suuria nopeudenlisäyksiä tässä (toisin kuin vapaapudotuksessa vakiolla g).
2. Jokaiselle riville vertaa mittaamaasi putoamisnopeutta pakonopeuteen samalla säteellä. Putoamisnopeus on aina pienempi – yhdistä tämä siihen, että luotain alkoi levosta (sen kokonaisenergia on negatiivinen, joten se pysyy sidottuna).

5 · Laajenna

1. Maan pinnan lähellä käytämme kaavaa v = √(2g·Δh) vakiolla g. Selitä, miksi se kaava epäonnistuu tässä, ja mikä suure korvaa vakion g, kun luotain liikkuu sisäänpäin.
2. Ideaalistettu kaava v = √(2GM(1/r − 1/r₀)) kasvaa äärettömään, kun r → 0. Todellinen simulaatio sen sijaan kiinnittää luotaimen juuri keskuksen ulkopuolelle. Mikä fyysinen syy (ja mikä mallinnusvalinta) pitää nopeuden äärellisenä?

Tämän kokeen fysiikka

← Takaisin kokeeseen

138 ilmaista tulostettavaa fysiikan työarkkia