Mechanika
Ruch po okręgu
Kula krąży w stałym promieniu: naciąg pręta to siła dośrodkowa (F = m·v²/r), zawsze wskazująca ku środkowi. Upuść Stoper na kulę, by odczytać jej okres orbitalny.
Ruch po okręgu — interaktywna symulacja: Mechanika. Kula krąży w stałym promieniu: naciąg pręta to siła dośrodkowa (F = m·v²/r), zawsze wskazująca ku środkowi. Upuść Stoper na kulę, by odczytać jej okres orbitalny. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Jednostajny ruch po okręgu
Ciało na okręgu ze stałą prędkością wciąż przyspiesza ku środkowi, bo kierunek prędkości ciągle się zmienia.
Przyspieszenie dośrodkowe wskazuje do środka nawet przy stałej prędkości. Dla kuli na pręcie to pręt dostarcza siły dośrodkowej, która wygina tor w okrąg.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
Krótki opis badania
Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię
Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.
Pytanie badawcze
Kula na pręcie krąży wokół stałej centralnej osi ze stałą prędkością. Jeśli zwiększysz prędkość orbitalną kuli, zachowując ten sam promień, czas pełnego okrążenia (okres) wydłuży się, skróci czy pozostanie ten sam?
Prognozy do rozważenia
- Okres się wydłuża (więcej czasu na okrążenie).
- Okres pozostaje ten sam (prędkość nie wpływa na okres).
- Okres się skraca (mniej czasu na okrążenie).
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Masa m (kg)
- Promień r (m)
- Prędkość orbitalna v (m/s)
Co mierzysz:
- Siła dośrodkowa F = mv²/r (N)
- Okres T (1 okrążenie) (s)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset Ruch po okręgu. Zanotuj długość pręta (promień orbity) i masę kuli, i upewnij się, że grawitacja jest wyłączona — sam pręt dostarcza siły zakrzywiającej tor.
- Upewnij się, że sonda prędkości jest podpięta do kuli, i upuść na nią Stoper, aby zmierzyć czas pełnego obrotu.
- Dla każdej próby poniżej ustaw masę kuli, długość pręta (promień) i początkową prędkość styczną, a potem naciśnij Play i zmierz czas jednego pełnego okrążenia.
Równanie rządzące
Siła dośrodkowa — F = m·v² / r
Siła do wewnątrz, jaką pręt musi dostarczyć, by kula jechała po okręgu, a nie prosto. Zależy od masy kuli, jej (stałej) prędkości orbitalnej i promienia okręgu — to naciąg, jaki poczułbyś w pręcie przy ustawieniach każdej próby.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla jednej próby pokaż obliczenia okresu z ustawionych przez siebie promienia i prędkości (T = 2πr/v) i porównaj z odczytem stopera w symulacji.
- Na twoich trzech próbach: jak zmiana prędkości przy stałym promieniu zmienia okres? Jak zmiana promienia przy stałej prędkości zmienia okres? Wyjaśnij oba przypadki wzorem T = 2πr/v.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Ten preset wyłącza grawitację, by ruch był naprawdę jednostajny. Gdyby grawitację włączyć z powrotem, a pręt nadal zakreślał poziomy okrąg, czy prędkość kuli pozostałaby stała przez całe okrążenie? Dlaczego tak lub nie?
- Prawdziwe orbitujące ciało (jak kula na sznurce wymachiwana ręką) traci trochę energii na opór powietrza i oś w każdym okrążeniu. Czy oczekujesz, że zmierzony okres pozostanie idealnie stały przez wiele okrążeń, czy będzie dryfować — i w którą stronę?
- 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
- Witamy w ruchu po okręgu
- Zaznacz kulę
- Naciśnij Play
- Ciągłe skręcanie
- Otwórz dane
- Udało się!
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →