Vastakkaiset voimat: Newtonin toinen laki ja liikemäärä
1 · Ennusta
Oikealle liikkuvaan palikkaan kohdistuu vakio voima vastakkaiseen suuntaan. Mitä sen liikkeelle tapahtuu ajan kuluessa?
- Se hidastuu ja pysähtyy pysyvästi
- Se hidastuu, pysähtyy ja kiihtyy sitten liikkuessaan vastakkaiseen suuntaan
- Se hidastuu hetken ja jatkaa sitten vakiolla pienennetyllä nopeudella
2 · Kokoa
- Avaa vastakkaiset voimat -simulaatio ja paina Nollaa.
- Ota käyttöön nopeusanturi palikassa.
- Jokaiselle suoritukselle aseta palikan alkunopeus, paina Toista, tauota kohdassa t = 4 s aikajanolla ja kirjaa nopeuslukema.
3 · Kerää data
| Massa m (kg) | Alkunopeus v₀ (m/s) | Vastakkainen voima F (N) | Alkuliikemäärä p = mv (kg·m/s) | Nopeus kohdassa t = 4 s (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 8.00 | 2.00 |
Kuvaa nopeus kohdassa t = 4 s (y-akseli) alkunopeutta v₀ vasten (x-akseli).
4 · Analysoi
- 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?
5 · Laajenna
- 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?
Tämän kokeen fysiikka
Liikemäärä
Palikan massa ja alkunopeus määräävät sen liikemäärän ennen kuin vastakkainen voima vaikuttaa.
Newtonin toinen laki
Vakio vastakkainen voima jaettuna massalla antaa palikan vakion hidastuvuuden, joka hidastaa, pysäyttää ja lopulta kääntää sen.
Mekaniikka
- Heittoliike ja liike-energia
- Pallo rampilla: energia kitkattomalla kaltevuudella
- Palikka kitkarampilla: lepokitkan kynnyksen löytäminen
- Rajanopeus: putoaminen ilmanvastuksen läpi
- Voimalaboratorio: Newtonin toinen laki
- 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
- Tasainen ympyräliike ja sentripetalivoima