등속원운동과 구심력

1 · 예측

막대 위의 공은 고정된 중앙 축을 일정한 속도로 공전합니다. 반경을 동일하게 유지하면서 공의 궤도 속도를 높이면 전체 랩 시간(주기)이 길어지거나 짧아지나요, 아니면 그대로 유지되나요?

• 기간이 길어집니다(한 바퀴당 더 많은 시간이 소요됩니다).
• 주기는 동일하게 유지됩니다(속도는 주기에 영향을 주지 않습니다).
• 주기가 짧아집니다(한 바퀴당 시간이 덜 걸립니다).

2 · 설정

1. 원형 모션 사전 설정을 엽니다. 막대의 길이(궤도 반경)와 공의 질량을 기록하고 중력이 꺼져 있는지 확인합니다. 막대만이 경로를 구부리는 힘을 공급합니다.
2. 속도 프로브가 공에 부착되어 있는지 확인하고 공에 타이머를 놓아 전체 회전 시간을 측정할 수 있습니다.
3. 아래의 각 시행에 대해 공의 질량, 로드 길이(반경) 및 초기 접선 속도를 설정한 다음 재생을 누르고 완전한 랩 시간을 측정합니다.

3 · 데이터 수집

세 번의 시행에 대해 주기 T(y축)를 r/v(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 선의 모양을 설명하세요.

4 · 분석

1. 한 번의 시행에서는 설정한 반경과 속도(T = 2πr/v)로부터 기간을 계산하는 작업을 보여주고 이를 시뮬레이션의 타이머 판독값과 비교합니다.
2. 세 번의 시도에서 고정 반경에서 속도를 높이면 주기가 어떻게 바뀌나요? 고정된 속도로 반경을 늘리면 주기가 어떻게 바뀌나요? T = 2πr/v를 사용하여 두 가지를 모두 설명하십시오.

5 · 확장

1. 이 프리셋은 중력을 꺼 두어 운동이 진짜 등속 운동입니다. 중력을 다시 켜도 막대가 여전히 수평 원을 그린다면, 공의 속력은 한 바퀴 내내 일정하게 유지될까요? 왜 그런지 아니면 왜 아닌지 설명하세요.
2. 실제 궤도를 도는 물체(손으로 휘두르는 끈 위의 공과 같은)는 공기 저항과 매 랩마다 약간의 에너지를 잃습니다. 측정된 기간이 여러 바퀴에 걸쳐 완벽하게 일정하게 유지되거나 표류할 것으로 예상하십니까? 어느 방향으로?

이 실험의 물리학

← 실험으로 돌아가기