Vrije val: verandert massa hoe snel dingen vallen?
1 · Voorspel
Laat een lichte, een middelzware en een zware bal tegelijkertijd van dezelfde hoogte vallen. Welke raakt de grond het eerst?
- De zwaardere bal valt sneller en landt het eerst.
- Alle drie vallen even snel en landen tegelijk.
- De lichtere bal valt sneller en landt het eerst.
2 · Opstelling
- Open de voorinstelling Vrije val. Je ziet drie ballen van verschillende grootte op dezelfde hoogte klaarstaan.
- Bevestig de hoogtesonde op de middelste bal en controleer dat alle drie de ballen op dezelfde y-positie starten.
- Draai de simulatie en gebruik de stopwatch/framesteller om de val van elke bal te timen.
3 · Verzamel gegevens
| Massa (kg) | Verstreken tijd (s) | Valsnelheid (m/s) | Impuls (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
Zet de valsnelheid (y-as) uit tegen de verstreken tijd (x-as) voor alle drie de ballen in dezelfde grafiek.
4 · Analyseer
- Vergelijk de valsnelheden van de lichte, middelzware en zware bal op hetzelfde tijdstip. Wat valt je op?
- Bereken met je gegevens de versnelling (Δsnelheid / Δtijd) van elke bal. Hoe verhoudt die zich tot g = 9.8 m/s²?
5 · Verdiep
- Een veer en een bowlingbal die in echte lucht worden losgelaten, landen NIET tegelijk. Welke kracht, die in deze geïdealiseerde simulatie ontbreekt, veroorzaakt dat verschil?
- Astronauten op de maan lieten een hamer en een veer vallen en die landden tegelijk. Leg uit waarom de maan een betere plek is dan de aarde om deze demonstratie met echte voorwerpen te zien.
De natuurkunde achter dit experiment
Impuls
Hoewel alle drie de ballen op een gegeven moment dezelfde valsnelheid hebben, verschillen hun impulsen, omdat impuls met de massa meeschaalt — daarom zou de zware bal bij de bots meer schade aanrichten, ook al valt hij niet sneller.
Mechanica
- Projectielbeweging en kinetische energie
- Bal op een helling: energie op een wrijvingsloos schuin vlak
- Blok op een wrijvingshelling: de drempel van statische wrijving opzoeken
- Eindsnelheid: vallen door luchtweerstand
- Krachtenlab: de tweede wet van Newton
- Tegenwerkende krachten: de tweede wet van Newton & impuls
- Stuiterende bal: energieverlies bij de bots
- Elastische botsingen & impulsbehoud
- Onelastische botsing & impulsbehoud
- Newtons wieg: overdracht van impuls en energie
- Eenvoudige slinger
- Massa aan een veer: harmonische trilling