Ball on a Ramp: Energi di Tanjakan Tanpa Gesekan
1 · Memprediksi
Bola yang lebih berat dan bola yang lebih ringan masing-masing dilepaskan dari keadaan diam pada ketinggian yang sama pada bidang miring tanpa gesekan. Manakah yang lebih cepat mencapai dasar?
- Bola yang lebih berat mencapai dasar lebih cepat.
- Kedua bola mencapai dasar dengan kecepatan yang sama.
- Bola yang lebih ringan mencapai dasar lebih cepat.
2 · Pengaturan
- Buka preset Kemiringan. Perhatikan sudut kemiringan tanjakan dan massa bola serta ketinggian awalnya di atas dasar tanjakan.
- Gunakan Inspektur untuk mengatur massa bola dan sudut tanjakan untuk uji coba ini, dan catat ketinggian awal vertikal bola di atas dasar tanjakan.
- Jalankan simulasi dan catat pembacaan kecepatan bola (probe) saat mencapai dasar tanjakan.
3 · Kumpulkan Data
| Massa (kg) | Sudut Jalan (°) | Tinggi Jatuh (m) | PE gravitasi (J) | Kecepatan di Bawah (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 15.00 | 0.30 | ||
| 1.50 | 25.00 | 0.50 | ||
| 2.00 | 35.00 | 0.70 |
Grafik kecepatan di bagian bawah (sumbu y) terhadap ketinggian awal (sumbu x) untuk tiga percobaan Anda. Apakah hubungannya garis lurus?
4 · Analisis
- Untuk setiap baris, hitung 1/2 m v^2 menggunakan kecepatan terendah yang Anda ukur. Bandingkan dengan kolom Gravitational PE. Apa yang Anda perhatikan?
- Tiga uji coba Anda menggunakan sudut kemiringan yang berbeda. Apakah mengubah sudut saja, dengan ketinggian awal yang sama, akan mengubah kecepatan akhir? Gunakan konservasi energi untuk menjelaskan mengapa atau mengapa tidak.
5 · Perluas
- Kolom PE Gravitasi Anda bergantung pada massa, tetapi kecepatan akhir yang diukur tidak. Jelaskan mengapa bola yang lebih berat tidak mencapai dasar lebih cepat daripada bola yang lebih ringan di tanjakan tanpa gesekan.
- Jalan yang sebenarnya mempunyai gesekan, dan bola yang menggelinding juga harus menghabiskan sebagian energinya untuk berputar saat menggelinding. Apakah Anda memperkirakan kecepatan akhir bola sebenarnya lebih tinggi atau lebih rendah dari prediksi Anda tanpa gesekan? Mengapa?
Fisika di Balik Eksperimen Ini
Energi Potensial Gravitasi
Ketinggian bola di atas dasar ramp menyimpan PE gravitasi sebelum dilepaskan — anggaran energi yang diubah menjadi gerakan saat bola menggelinding ke bawah.
Energi Kinetik
Pada jalur tanpa gesekan, semua PE awal telah diubah menjadi KE pada saat bola mencapai dasar, yang menentukan kecepatan akhirnya.