Kulka na równi: energia na gładkiej równi pochyłej
1 · Prognoza
Cięższa i lżejsza kulka puszczone ze spoczynku z tej samej wysokości na gładkiej równi. Która dotrze na dół szybciej?
- Cięższa kulka dociera na dół szybciej.
- Obie kulki docierają na dół z tą samą prędkością.
- Lżejsza kulka dociera na dół szybciej.
2 · Przygotowanie
- 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.
3 · Zbieranie danych
| Masa (kg) | Kąt równi (°) | Wysokość spadku (m) | EP grawitacji (J) | Prędkość na dole (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 15.00 | 0.30 | ||
| 1.50 | 25.00 | 0.50 | ||
| 2.00 | 35.00 | 0.70 |
Narysuj prędkość na dole (oś y) względem wysokości startowej (oś x) dla trzech prób. Czy zależność jest prostą?
4 · Analiza
- 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.
5 · Rozszerzenie
- 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?
Fizyka tego eksperymentu
Energia potencjalna grawitacji
Wysokość kulki nad podstawą równi magazynuje EP grawitacji przed puszczeniem — budżet energii, który zamienia się w ruch w trakcie staczania.
Energia kinetyczna
Na gładkiej równi cała EP startowa zamieniła się w EK, gdy kulka dociera na dół — i to wyznacza jej prędkość końcową.