역학
경사면 위의 공
공이 경사면을 굴러 내려가며 빨라지는 것을 관찰하세요.
경사면 위의 공 — 인터랙티브 역학 시뮬레이션. 공이 경사면을 굴러 내려가며 빨라지는 것을 관찰하세요. 실시간 SI 측정값과 안내형 튜토리얼을 제공하는 무료 브라우저 기반 가상 물리 실험실입니다.
경사면 위의 중력
마찰 없는 경사면에서 중력은 공을 경사면 방향으로 당깁니다. 경사면에 평행한 성분만 공을 가속합니다.
중력은 항상 수직 아래로 작용합니다. 기울어진 면에서는 경사면에 평행한 성분(가속을 일으킴)과 수직한 성분(수직력으로 평형)으로 분해합니다. 중력 방향은 항상 아래지만 공이 언덕을 굴러 내려가는 이유입니다.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (마찰 없음)
조사 개요
랩을 열기 전에 질문을 계획하세요.
이 브리프는 사전 렌더링된 페이지를 반영합니다. 탐구 질문, 서로 다른 예측, 변수의 역할, 지배 법칙, 설정, 분석 및 확장 질문을 이 순서로 계속 표시합니다.
운전 질문
더 무거운 공과 더 가벼운 공은 각각 마찰이 없는 경사면에서 같은 높이의 정지 상태에서 풀려납니다. 어느 것이 더 빨리 바닥에 도달합니까?
검토할 예측
- 무거운 공이 바닥에 더 빨리 도달합니다.
- 두 공 모두 같은 속도로 바닥에 도달합니다.
- 가벼운 공이 바닥에 더 빨리 도달합니다.
다양한 역할
설정하는 것:
- 대량의 (kg)
- 램프 각도 (°)
- 낙하 높이 (m)
측정하는 것:
- 중력 PE (J)
- 하단 속도 (m/s)
실험 진행 방법
- 경사 사전 설정을 엽니다. 경사로의 기울기 각도와 공의 질량, 경사로 바닥 위의 시작 높이를 확인하세요.
- 검사기를 사용하여 이 시행에 대한 공의 질량과 경사로의 각도를 설정하고 경사로 바닥 위의 공의 수직 시작 높이를 확인합니다.
- 시뮬레이션을 실행하고 공이 경사로 바닥에 도달하는 순간 공의 속도 판독값(프로브)을 기록합니다.
지배방정식
중력 위치 에너지 — PE = m·g·h
경사로 바닥 위의 공 높이는 방출되기 전에 중력 PE를 저장합니다. 이는 공이 아래로 굴러갈 때 동작으로 변환되는 에너지 예산입니다.
운동에너지 — KE = ½·m·v²
마찰 없는 경사로에서는 공이 바닥에 도달할 때 모든 시작 PE가 KE로 변환되어 최종 속도가 고정됩니다.
인쇄용 실험지에서 학생이 계산할 내용
- 각 행에 대해 측정된 최저 속도를 사용하여 1/2m v^2를 계산합니다. Gravitational PE 칼럼과 비교해 보세요. 무엇을 알아차렸나요?
- 세 번의 시도에서는 서로 다른 램프 각도를 사용합니다. 동일한 시작 높이에서 각도만 변경하면 최종 속도가 변경됩니까? 에너지 보존을 사용하여 그 이유와 그렇지 않은 이유를 설명하십시오.
실험 밖에서의 활용
- 중력 PE 컬럼은 질량에 따라 다르지만 측정된 최종 속도는 그렇지 않습니다. 마찰이 없는 경사로에서 무거운 공이 가벼운 공보다 더 빨리 바닥에 닿지 않는 이유를 설명하십시오.
- 실제 경사로에는 약간의 마찰이 있으며, 실제 구르는 공도 굴러가면서 회전하면서 에너지의 일부를 소비해야 합니다. 실제 공의 최종 속도가 마찰이 없는 예측보다 높거나 낮을 것으로 예상하십니까? 왜?
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- 예측: 질량이 중요할까?
- 변경: 공의 질량을 두 배로
- 실행: 두 번 측정
- 그래프 확인하기
- 설명: 놀라운 결과
대화형 시뮬레이션을 열어 장면을 빌드하고 재생을 누른 뒤, 실시간 측정 및 가이드 튜토리얼과 함께 탐구해 보세요.