램프 및 부하: 경사로에서의 가속
1 · 예측
정지 상태의 하중을 풀고 램프의 각도를 가파르게 하면 같은 시간이 지난 후 속도는 어떻게 되나요?
- 속도가 더 빨라집니다. 경사가 가파르면 가속도가 더 커집니다.
- 동일한 속도에 도달합니다. 각도는 가속 속도에 영향을 미치지 않습니다.
- 속도는 더 느려집니다. 경사가 가파르면 가속도가 더 작아집니다.
2 · 설정
- 역학 샌드박스에서 램프 및 로드 사전 설정을 엽니다.
- 경사로를 선택하고 Inspector를 사용하여 이 시행에 대한 경사 각도를 설정합니다.
- 로드를 상단에 있는 정지 상태에서 풀고 나열된 경과 시간 후에 프로브에서 속도를 읽습니다.
3 · 데이터 수집
| 램프 각도 (deg) | 부하질량 (kg) | 경과 시간 (s) | 속도 (m/s) | 운동에너지 (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
고정된 1초 시행에 대해 속력(y축)을 경사각(x축)에 대해 그래프로 그리세요. 이 관계는 직선입니까?
4 · 분석
- v = g sin θ · t를 사용하여 각 행의 예상 속도를 계산하고 이를 프로브에서 읽은 값과 비교합니다.
- 각도가 변경되는 동안 하중의 질량은 세 번의 시도 모두에서 3kg으로 고정되어 있습니다. 마찰이 없는 경사로에서 질량과 가속도 사이의 관계에 대해 무엇을 말해주는가?
5 · 확장
- 질량이 다른 두 개의 하중이 같은 각도에서 동시에 방출됩니다. 어느 것이 가장 먼저 바닥에 도달합니까? 귀하의 데이터를 사용하여 귀하의 답변을 정당화하십시오.
- 실제 경사로에는 마찰이 있습니다. 이 램프가 마찰이 없었다면 측정된 속도가 v = g sin θ · t 예측보다 높거나 낮을까요? 그 이유는 무엇입니까?
이 실험의 물리학
운동에너지
부하의 운동 에너지는 경사로를 따라 가속할 때 속도의 제곱에 비례하여 증가합니다. 속도를 두 배로 늘리면 KE가 네 배로 늘어납니다.
중력 위치 에너지
마찰 없는 경사로에서는 하중이 하강하면서 잃는 중력 PE가 얻는 운동 에너지로 완전히 변환됩니다. 열로 손실되는 것은 아무것도 없습니다.