Odbijająca się piłka: utrata energii przy uderzeniu
1 · Prognoza
Gdy piłka upuszczona odbija się od podłogi, czy wraca na wysokość, z której spadła, wyższą czy niższą?
- Wraca na tę samą wysokość (energia nie ulatuje).
- Odbija się wyżej niż wysokość upuszczenia.
- Odbija się niżej niż wysokość upuszczenia (część energii ulatuje).
2 · Przygotowanie
- Otwórz preset Odbijająca się piłka. Zanotuj wysokość startową piłki nad podłogą i jej masę.
- Upewnij się, że sonda wysokości jest podpięta do piłki — podaje wysokość piłki nad podłogą w metrach.
- Uruchom symulację i pozwól piłce spaść i odbić się. Zatrzymaj na szczycie pierwszego odbicia i zapisz osiągniętą wysokość szczytową.
3 · Zbieranie danych
| Masa (kg) | Wysokość upuszczenia (m) | EP grawitacji (J) | Wysokość odbicia (1. odbicie) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Narysuj wysokość odbicia (oś y) względem wysokości upuszczenia (oś x) dla trzech prób. Opisz kształt linii.
4 · Analiza
- Dla każdego wiersza podziel wysokość odbicia przez wysokość upuszczenia. Co zauważasz w tym stosunku w trzech próbach?
- Restytucja piłki wynosi 0.8. Podnieś tę wartość do kwadratu i porównaj ze stosunkiem obliczonym powyżej. Jaką zależność znajdujesz?
5 · Rozszerzenie
- Jeśli znaleziony stosunek wysokości pozostaje stały odbicie po odbiciu, przewidz wysokość szczytową *drugiego* odbicia dla pierwszej próby. Po ilu odbiciach wysokość szczytu spadnie poniżej 1 cm?
- Prawdziwa upuszczona piłka traci też trochę energii na opór powietrza i dźwięk przy każdym odbiciu. Czy oczekujesz, że wysokości odbić prawdziwej piłki będą maleć szybciej czy wolniej niż zidealizowany wzorzec e² znaleziony tutaj?
Fizyka tego eksperymentu
Energia potencjalna grawitacji
Energia zgromadzona w wysokości piłki nad podłogą tuż przed puszczeniem — to budżet energii dostępny na zamianę w energię kinetyczną w spadaniu i, po odbiciu, z powrotem w wysokość.
Energia kinetyczna
Energia ruchu piłki. Tuż przed uderzeniem zasadniczo cała EP spadku zamieniła się w EK; odbicie zwraca tylko część tej EK, dlatego odbicie nie sięga wysokości upuszczenia.