Szabadesés: változtatja-e a tömeg az esés sebességét?
1 · Jóslás
Ejts egyszerre, ugyanabból a magasságból könnyű, közepes és nehéz labdát. Melyik éri el először a talajt?
- A nehezebb labda gyorsabban esik és előbb ér földet.
- Mindhárom ugyanazzal az ütemmel esik és egyszerre ér földet.
- A könnyebb labda gyorsabban esik és előbb ér földet.
2 · Előkészítés
- Nyisd meg a szabadesés előbeállítást. Három különböző méretű labdát kell látnod azonos magasságban sorakozva.
- Csatold a magasságmérőt a közepes labdához, és ellenőrizd, hogy mindhárom labda azonos y-pozícióból indul.
- Futtasd a szimulációt, és használd a stoppert/képkocka-számlálót minden labda esési idejének méréséhez.
3 · Adatgyűjtés
| Tömeg (kg) | Eltelt idő (s) | Esési sebesség (m/s) | Impulzus (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
Ábrázold az esési sebességet (y-tengely) az eltelt idővel (x-tengely) szemben mindhárom labdára ugyanazon a grafikonon.
4 · Elemzés
- Hasonlítsd össze a könnyű, közepes és nehéz labdák esési sebességét azonos eltelt időnél. Mit veszel észre?
- Az adataidból számítsd ki a gyorsulást (Δsebesség / Δidő) minden labdának. Hogyan viszonyul a g = 9.8 m/s²-höz?
5 · Kiterjesztés
- A valódi levegőben leejtett toll és tekegolyó NEM ér földet egyszerre. Milyen, ebben az idealizált szimulációban hiányzó erő okozza ezt a különbséget?
- A Holdon az űrhajósok leejtettek egy kalapácsot és egy tollat, és azok egyszerre értek földet. Magyarázd meg, miért jobb hely a Hold, mint a Föld, hogy ezt a bemutatót valódi tárgyakkal lássuk.
A fizika a kísérlet mögött
Impulzus
Bár mindhárom labda azonos esési sebességgel mozog egy adott időpontban, az impulzusaik különböznek, mert az impulzus a tömeggel együtt skálázódik — ezért okozna nagyobb kárt becsapódáskor a nehéz labda, noha nem esik gyorsabban.
Mechanika
- Hajítás és mozgási energia
- Labda rámpán: energia súrlódásmentes ferde síkon
- Blok súrlódásos rámpán: a tapadási súrlódás küszöbének megtalálása
- Végsebesség: esés légellenállással
- Erőlabor: Newton második törvénye
- Ellentétes erők: Newton második törvénye és impulzus
- Pattogó labda: energiaveszteség ütközéskor
- Rugalmas ütközések és impulzusmegmaradás
- Rugalmatlan ütközés és impulzusmegmaradás
- Newton-inga: impulzus- és energiátadás
- Egyszerű inga
- Tömeg rugón: egyszerű harmonikus rezgőmozgás