Mehānika
Kustība pa apli
Bumba riņķo ar nemainīgu rādiusu: stieņa vilcējspēks ir centrtieces spēks (F = m·v²/r), vienmēr vērsts uz centru. Uzliec bumbai Taimeri, lai nolasītu tās riņķojuma periodu.
Kustība pa apli — interaktīva Mehānika simulācija. Bumba riņķo ar nemainīgu rādiusu: stieņa vilcējspēks ir centrtieces spēks (F = m·v²/r), vienmēr vērsts uz centru. Uzliec bumbai Taimeri, lai nolasītu tās riņķojuma periodu. Bezmaksas virtuālā fizikas laboratorija pārlūkā ar dzīviem SI mērījumiem un vadītu pamācību.
Vienmērīga kustība pa apli
Ķermeni aplī ar nemainīgu ātrumu tomēr paātrina uz centru, jo ātruma virziens nepārtraukti mainās.
Centrtieces paātrinājums rāda uz iekšpusi pat tad, kad ātrums ir nemainīgs. Bumbai uz stieņa stienis sniedz centrtieces spēku, kas izliek ceļu aplī.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
Izpētes kopsavilkums
Izplāno jautājumu, pirms atver laboratoriju
Īss apraksts atspoguļo iepriekšrenderēto lapu: virzošais jautājums, konkurējošās prognozes, mainīgo lielumu lomas, noteicošie likumi, iestatījums, analīze un paplašinājuma jautājumi paliek redzami un šajā secībā.
Virzošais jautājums
Bumba uz stieņa riņķo ap fiksētu centrālo atbalsta punktu ar nemainīgu ātrumu. Ja tu palielini bumbas riņķojuma ātrumu, rādiusam paliekot tas pats, vai laiks vienam pilnam aplim (periods) kļūst garāks, īsāks vai paliek tas pats?
Prognozes, ko svērt
- Periods kļūst garāks (vajag vairāk laika uz apli).
- Periods paliek tas pats (ātrums neietekmē periodu).
- Periods kļūst īsāks (vajag mazāk laika uz apli).
Lielumu lomas
Ko tu iestati:
- Masa m (kg)
- Radius r (m)
- Orbītas ātrums v (m/s)
Ko tu mēri:
- Centrtieces spēks F = mv²/r (N)
- Periods T (1 aplis) (s)
Kā izpēte norit
- Atver kustības pa apli eksperimentu. Ievēro stieņa garumu (orbītas rādiusu) un bumbas masu, un pārliecinies, ka gravitācija ir izslēgta — vienīgi stienis sniedz spēku, kas izliek ceļu.
- Pārliecinies, ka ātruma zonde ir pievienota bumbai, un uzliec bumbai Taimeri, lai vari nomērīt vienu pilnu apgriezienu.
- Katram mēģinājumam zemāk iestati bumbas masu, stieņa garumu (rādiusu) un tās sākuma tangenciālo ātrumu, tad nospied „Atskaņot” un nomēri vienu pilnu apli.
Noteicošais vienādojums
Centrtieces spēks — F = m·v² / r
Iekšējais spēks, ko stienim jāsniedz, lai turētu bumbu kustībā pa apli, nevis taisnā līnijā. Tas atkarīgs no bumbas masas, tās (nemainīgā) riņķojuma ātruma un apļa rādiusa — šī ir vilkšana, ko tu justu stienī pie katra mēģinājuma iestatījumiem.
Ko drukājamā darba lapa liek skolēniem izrēķināt
- Vienam mēģinājumam parādi savu aprēķinu periodam no rādiusa un ātruma, ko tu iestatīji (T = 2πr/v), un salīdzini ar Taimera rādījumu simulācijā.
- Pāri saviem trim mēģinājumiem, kā ātruma palielināšana fiksētā rādiusā maina periodu? Kā rādiusa palielināšana fiksētā ātrumā maina periodu? Izskaidro abus ar T = 2πr/v.
Kur tas parādās ārpus laboratorijas
- Šis eksperiments izslēdz gravitāciju, lai kustība ir patiesi vienmērīga. Ja gravitāciju ieslēgtu atpakaļ un stienis vēl aizvien zīmētu horizontālu apli, vai bumbas ātrums paliktu nemainīgs visu apli? Kāpēc jā vai nē?
- Īsts riņķojošs ķermenis (kā bumba uz auklas, kas šūpota ar roku) zaudē mazliet enerģijas gaisa pretestībai un atbalsta punktam katrā aplī. Vai tu sagaidītu, ka tā izmērītais periods paliek pilnīgi nemainīgs pāri daudziem apļiem, vai dreifē — un uz kuru pusi?
- 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
- Sveicināts kustības pa apli eksperimentā
- Atlasīts bumbu
- Nospied „Atskaņot”
- Vienmēr griežas
- Atver datus
- Tev izdevās!
Atver interaktīvo simulāciju, lai uzbūvētu ainu, spiestu „Atskaņot“ un izpētītu to ar dzīviem mērījumiem un vadītu pamācību.
Atvērt interaktīvo laboratoriju →