Mechanica
Bal op een schuin vlak
Kijk hoe de bal sneller gaat terwijl hij de helling afrolt.
Bal op een schuin vlak — interactieve Mechanica-simulatie. Kijk hoe de bal sneller gaat terwijl hij de helling afrolt. Gratis virtueel natuurkundelab in de browser met live SI-metingen en een begeleide rondleiding.
Zwaartekracht langs een helling
Op een wrijvingsloos schuin vlak trekt de zwaartekracht de bal langs de helling. Alleen de component evenwijdig aan de helling versnelt de bal.
De zwaartekracht werkt recht omlaag. Op een gekanteld oppervlak splits je hem in componenten: één evenwijdig aan de helling (die versnelling veroorzaakt) en één loodrecht (in evenwicht gehouden door de normaalkracht). Daarom rolt een bal een heuvel af, ook al wijst de zwaartekracht altijd naar beneden.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (wrijvingsloos)
Onderzoeksnota
Plan de vraag voordat je het lab opent
De samenvatting spiegelt de voorgerenderde pagina: leidende vraag, concurrerende voorspellingen, rollen van variabelen, bepalende wetten, opstelling, analyse- en verdiepingsvragen blijven zichtbaar en in deze volgorde.
Leidende vraag
Een zware bal en een lichte bal worden allebei vanuit rust op dezelfde hoogte op een wrijvingsloze helling losgelaten. Welke is het snelst onderaan?
Voorspellingen om te wegen
- De zwaardere bal is het snelst onderaan.
- Beide ballen hebben onderaan dezelfde snelheid.
- De lichtere bal is het snelst onderaan.
Rollen van variabelen
Wat je instelt:
- Massa (kg)
- Hellingshoek (°)
- Valhoogte (m)
Wat je meet:
- Zwaartekrachts-PE (J)
- Snelheid onderaan (m/s)
Hoe het onderzoek verloopt
- Open de voorinstelling Schuin vlak. Noteer de hellingshoek van de helling en de massa van de bal en zijn starthoogte boven de onderkant van de helling.
- Gebruik het eigenschappenpaneel om voor deze meting de massa van de bal en de hoek van de helling in te stellen, en noteer de verticale starthoogte van de bal boven de onderkant van de helling.
- Draai de simulatie en noteer de snelheidsaflezing van de bal (sonde) op het moment dat hij de onderkant van de helling bereikt.
Leidende vergelijking
Zwaartekrachtsenergie — PE = m·g·h
De hoogte van de bal boven de onderkant van de helling slaat vóór het loslaten zwaartekracht-PE op — het energiebudget dat tijdens het naar beneden rollen in beweging wordt omgezet.
Kinetische energie — KE = ½·m·v²
Op een wrijvingsloze helling is bij aankomst onderaan alle begin-PE omgezet in KE, en dat bepaalt zijn eindsnelheid.
Wat het uitprintbare werkblad leerlingen laat uitwerken
- Reken voor elke rij 1/2 m v^2 uit met je gemeten snelheid onderaan. Vergelijk dat met de kolom zwaartekracht-PE. Wat valt je op?
- Je drie metingen gebruiken verschillende hellingshoeken. Verandert de snelheid onderaan als alleen de hoek verandert, bij dezelfde starthoogte? Leg met energiebehoud uit waarom (niet).
Waar dit buiten het lab opduikt
- Je kolom zwaartekracht-PE hangt af van massa, maar je gemeten eindsnelheid niet. Leg uit waarom een zwaardere bal op een wrijvingsloze helling niet sneller onderaan is dan een lichtere.
- Een echte helling heeft wrijving, en een echte rollende bal moet ook een deel van zijn energie in zijn rotatie steken terwijl hij rolt. Verwacht je dat de eindsnelheid van een echte bal hoger of lager is dan je wrijvingsloze voorspelling? Waarom?
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- Voorspel: speelt massa een rol?
- Verander: verdubbel de massa van de bal
- Draai: leg twee metingen vast
- Lees de grafiek
- Verklaar: het verrassende resultaat
Open de interactieve simulatie om de scène te bouwen, druk op Start en verken met live metingen en een begeleide rondleiding.