Gravitācijas kritiens: vai nomesta zonde turpina paātrināties?

1 · Prognozē

Zonde tiek laista no miera un krīt tieši uz centrālo masu apgriezti kvadrātiskā gravitācijā. Tai krītot no rādiusa 3.0 m uz 2.0 m uz 1.0 m, kā mainās tās ātrums?

• Tā iegūst ātrumu vienmērīgā tempā, tāpat kā bumba, nomesta pie Zemes virsmas.
• Tā iegūst ātrumu aizvien straujāk — vilkšana kļūst stiprāka, tai tuvojoties.
• Tā palēninās, tuvojoties, jo centrālā masa atgrūž ātros.

2 · Iestati

1. Atver gravitācijas kritiena eksperimentu. Viena zonde sēž mierā attālumā r₀ = 3.5 m no centrālās masas audekla centrā.
2. Pārliecinies, ka r-zonde (attālums) un ātruma zonde abas ir pievienotas zondes ķermenim, pirms kaut ko palaid.
3. Palaid simulāciju un pauzē to, zondei šķērsojot r = 3.0 m, tad 2.0 m, tad 1.0 m, nolasot ātruma zondi pie katra rādiusa.

3 · Vāc datus

Zīmē krišanas ātrumu (y ass) pret rādiusu r (x ass). Ievēro, ka r samazinās, zondei krītot, tāpēc lasi līkni no labās uz kreiso.

4 · Analizē

1. Zonde krīt to pašu 0.5 m no 3.5→3.0 m un vēlreiz no 1.5→1.0 m, tomēr iegūst daudz vairāk ātruma iekšējā intervālā. Izmanto savus datus, lai izskaidrotu, kāpēc vienādi attālumi šeit nedod vienādus ātruma ieguvumus (atšķirībā no brīvā kritiena pie nemainīga g).
2. Katrai rindai salīdzini savu izmērīto krišanas ātrumu ar iziešanas ātrumu tajā pašā rādiusā. Krišanas ātrums vienmēr ir mazāks — saist to ar faktu, ka zonde sākās no miera (tās kopējā enerģija ir negatīva, tāpēc tā paliek saistīta).

5 · Paplašina

1. Pie Zemes virsmas mēs izmantojam v = √(2g·Δh) ar nemainīgu g. Izskaidro, kāpēc šī formula šeit nedarbojas, un kāds lielums aizstāj nemainīgo g, zondei kustoties uz iekšpusi.
2. Idealizētā formula v = √(2GM(1/r − 1/r₀)) aiziet bezgalībā, r → 0. Īstā simulācija tā vietā piesprauž zondi tieši ārpus centra. Kāds fizikāls iemesls (un kāda modelēšanas izvēle) notur ātrumu galīgu?

Fizika aiz šī eksperimenta

← Atpakaļ pie eksperimenta

138 bezmaksas drukājamas fizikas darba lapas