Mechanika
Judėjimas apskritimu
Rutulys skrieja pastoviu spinduliu: strypo įtempimas yra centropetė jėga (F = m·v²/r), visada nukreipta į centrą. Uždėk Laikmatį ant rutulio ir nuskaityk jo orbitos periodą.
Judėjimas apskritimu — interaktyvi Mechanika simuliacija. Rutulys skrieja pastoviu spinduliu: strypo įtempimas yra centropetė jėga (F = m·v²/r), visada nukreipta į centrą. Uždėk Laikmatį ant rutulio ir nuskaityk jo orbitos periodą. Nemokama naršyklės virtuali fizikos laboratorija su gyvais SI matavimais ir vedama instrukcija.
Tolygus judėjimas apskritimu
Objektas apskritimu pastoviu greičiu vis tiek įgauna pagreitį link centro, nes greičio kryptis nuolat keičiasi.
Centropetis pagreitis rodo į vidų net kai greitis pastovus. Rutuliui ant strypo, strypo įtempimas tiekia centropetę jėgą, lenkiančią kelią į apskritimą.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
Tyrimo santrauka
Suplanuok klausimą dar prieš atidarydamas laboratoriją
Santrauka atspindi iš anksto sugeneruotą puslapį: pagrindinis klausimas, konkuruojantys spėjimai, kintamųjų vaidmenys, valdantys dėsniai, sąranka, analizė ir pratęsimo raginimai išlieka matomi ir būtent šia tvarka.
Pagrindinis klausimas
Rutulys ant strypo skrieja apie fiksuotą centrinę ašį pastoviu greičiu. Jei padidinsi rutulio orbitos greitį spinduliui liekant tokiam pat, ar vieno rato laikas (periodas) pailgėja, sutrumpėja ar lieka toks pat?
Svarstytini spėjimai
- Periodas pailgėja (reikia daugiau laiko ratui).
- Periodas lieka toks pat (greitis neveikia periodo).
- Periodas sutrumpėja (reikia mažiau laiko ratui).
Kintamųjų vaidmenys
Ką tu nustatai:
- Masė m (kg)
- Radius r (m)
- Orbitos greitis v (m/s)
Ką tu matauji:
- Centropetė jėga F = mv²/r (N)
- Periodas T (1 ratas) (s)
Kaip vyksta tyrimas
- Atidaryk Judėjimo apskritimu eksperimentą. Pastebėk strypo ilgį (orbitos spindulį) ir rutulio masę bei įsitikink, kad gravitacija išjungta — vien strypo jėga lenkia kelią.
- Įsitikink, kad greičio zondas prikabintas prie rutulio, ir uždėk Laikmatį ant rutulio, kad galėtum išmatuoti vieną pilną ratą.
- Kiekvienam bandymui žemiau nustatyk rutulio masę, strypo ilgį (spindulį) ir pradinį liestininį greitį, tada spausk Leisti ir išmatuok vieną pilną ratą.
Valdančioji lygtis
Centropetė jėga — F = m·v² / r
Į vidų nukreipta jėga, kurią strypas turi tiekti, kad rutulys judėtų apskritimu, o ne tiese. Ji priklauso nuo rutulio masės, jo (pastovaus) orbitos greičio ir apskritimo spindulio — tai įtempimas, kurį jaustum strype kiekvieno bandymo nustatymuose.
Ką spausdinamasis darbo lapas prašo mokinių apskaičiuoti
- Vienam bandymui parodyk savo darbą skaičiuodamas periodą iš nustatytų spindulio ir greičio (T = 2πr/v) ir palygink su Laikmačio rodmeniu simuliacijoje.
- Per savo tris bandymus, kaip greičio didinimas fiksuotu spinduliu keičia periodą? Kaip spindulio didinimas fiksuotu greičiu keičia periodą? Paaiškink abu naudodamas T = 2πr/v.
Kur tai pasirodo už laboratorijos ribų
- Šis eksperimentas išjungia gravitaciją, kad judesys būtų tikrai tolygus. Jei gravitaciją vėl įjungtum, o strypas vis dar brėžtų horizontalų apskritimą, ar rutulio greitis išliktų pastovus per visą ratą? Kodėl taip arba ne?
- Realus skriejantis objektas (pvz., rutulys ant siūlo, suktas ranka) kiekvieną ratą praranda šiek tiek energijos oro pasipriešinimui ir ašiai. Ar tikėtumeisi, kad jo išmatuotas periodas išliktų tobulai pastovus per daug ratų, ar nukryptų — ir kuria kryptimi?
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- Sveiki atvykę prie judėjimo apskritimu
- Pasirink rutulį
- Spausk Leisti
- Visada sukasi
- Atidaryk duomenis
- Tau pavyko!
Atidaryk interaktyvią simuliaciją, sukurk sceną, spausk Leisti ir tyrinėk su gyvais matavimais bei vedama instrukcija.
Atidaryk interaktyvią laboratoriją →