Mechanika
Kula na równi pochyłej
Obserwuj, jak kula przyspiesza, staczając się po zboczu.
Kula na równi pochyłej — interaktywna symulacja: Mechanika. Obserwuj, jak kula przyspiesza, staczając się po zboczu. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.
Grawitacja wzdłuż równi
Na gładkiej równi grawitacja ciągnie kulkę wzdłuż zbocza. Przyspiesza ją tylko składowa równoległa do równi.
Grawitacja działa pionowo w dół. Na pochylej powierzchni rozkładasz ją na składowe: równoległą do równi (powodującą przyspieszenie) i prostopadłą (równoważoną przez siłę normalną). Dlatego kulka stacza się ze wzgórza, choć grawitacja zawsze wskazuje w dół.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (bez tarcia)
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
Cięższa i lżejsza kulka puszczone ze spoczynku z tej samej wysokości na gładkiej równi. Która dotrze na dół szybciej?
Prognozy do rozważenia
- Cięższa kulka dociera na dół szybciej.
- Obie kulki docierają na dół z tą samą prędkością.
- Lżejsza kulka dociera na dół szybciej.
Role zmiennych
Co ustawiasz:
- Masa (kg)
- Kąt równi (°)
- Wysokość spadku (m)
Co mierzysz:
- EP grawitacji (J)
- Prędkość na dole (m/s)
Jak przebiega badanie
- Otwórz preset Równia pochyła. Zanotuj kąt nachylenia równi oraz masę kulki i jej wysokość startową nad podstawą równi.
- Użyj panelu Właściwości, aby ustawić masę kulki i kąt równi dla tej próby, i zanotuj pionową wysokość startową kulki nad podstawą równi.
- Uruchom symulację i zapisz odczyt prędkości kulki (sonda) dokładnie w chwili dotarcia na dół równi.
Równanie rządzące
Energia potencjalna grawitacji — PE = m·g·h
Wysokość kulki nad podstawą równi magazynuje EP grawitacji przed puszczeniem — budżet energii, który zamienia się w ruch w trakcie staczania.
Energia kinetyczna — KE = ½·m·v²
Na gładkiej równi cała EP startowa zamieniła się w EK, gdy kulka dociera na dół — i to wyznacza jej prędkość końcową.
Co karta do druku każe uczniom wyliczyć
- Dla każdego wiersza oblicz 1/2 m v^2 z zmierzonej prędkości na dole. Porównaj z kolumną EP grawitacji. Co zauważasz?
- Twoje trzy próby używają różnych kątów równi. Czy sama zmiana kąta, przy tej samej wysokości startowej, zmienia prędkość końcową? Wyjaśnij za pomocą zasady zachowania energii, dlaczego tak lub nie.
Gdzie to wychodzi poza pracownię
- Kolumna EP grawitacji zależy od masy, ale zmierzona prędkość końcowa nie. Wyjaśnij, dlaczego cięższa kulka nie dociera na dół szybciej niż lżejsza po gładkiej równi.
- Prawdziwa równia ma pewne tarcie, a prawdziwa tocząca się kulka musi też część energii wydać na rozkręcenie się. Czy oczekujesz, że prędkość końcowa prawdziwej kulki będzie wyższa czy niższa od gładkiej prognozy? Dlaczego?
- 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
- Prognoza: czy masa ma znaczenie?
- Zmień: podwój masę kulki
- Uruchom: zarejestruj dwie próby
- Odczytaj wykres
- Wyjaśnij: zaskakujący wynik
Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.
Otwórz interaktywną pracownię →