斜面と荷重:斜面上の加速度

1 · 予測

荷重を静止から放し、斜面角を急にすると、同じ時間後の速さはどうなりますか?

2 · 準備

  1. 力学 sandbox で Ramp & Load プリセットを開きます。
  2. 斜面を選び、Inspector でこの試行の傾斜角を設定します。
  3. 上端から荷重を静止で放し、指定された経過時間後の速度をプローブで読み取ります。

3 · データ収集

斜面角 (deg)荷重質量 (kg)経過時間 (s)速度 (m/s)運動エネルギー (J)
10.003.001.00
20.003.001.00
30.003.001.00

1 s に固定した試行について速度(縦軸)を斜面角(横軸)に対してプロットします。直線ですか?

4 · 分析

  1. v = g sin θ · t を用いて各行の期待速度を計算し、プローブの値と比較します。
  2. 3回とも荷重質量は 3 kg で角度だけが変わります。摩擦のない斜面で質量と加速度がどう関係するか述べます。

5 · 発展

  1. 質量の異なる2つの荷重を同じ角度から同時に放します。どちらが先に底へ着きますか?データで正当化します。
  2. 実際の斜面には摩擦があります。摩擦があれば測定速度は v = g sin θ · t の予測より高いか低いか、理由とともに答えます。

この実験の物理

運動エネルギー

荷重が斜面を下ると、加速に伴い運動エネルギーは速度の二乗で増え、速度を2倍にすると KE は4倍になります。

重力位置エネルギー

摩擦のない斜面では、下降で失う重力位置エネルギーが全て獲得する運動エネルギーに変換され、熱として失われません。

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