Siły przeciwstawne: druga zasada Newtona i pęd
1 · Prognoza
Blok poruszający się w prawo jest ciągnięty stałą siłą w przeciwnym kierunku. Co dzieje się z jego ruchem upływem czasu?
- Zwalnia i zatrzymuje się na stałe
- Zwalnia, zatrzymuje się, a potem nabiera prędkości w przeciwnym kierunku
- Chwilę zwalnia, po czym jedzie stałą, zmniejszoną prędkością
2 · Przygotowanie
- Otwórz symulację sił przeciwstawnych i naciśnij Reset.
- Włącz sondę prędkości na bloku.
- Dla każdej próby ustaw początkową prędkość klocka, naciśnij Odtwórz, wstrzymaj przy t = 4 s za pomocą osi czasu i zapisz odczyt prędkości.
3 · Zbieranie danych
| Masa m (kg) | Prędkość początkowa v₀ (m/s) | Siła przeciwstawna F (N) | Początkowy pęd p = mv (kg·m/s) | Prędkość przy t = 4 s (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 8.00 | 2.00 |
Wykreśl prędkość przy t = 4 s (oś y) względem prędkości początkowej v₀ (oś x).
4 · Analiza
- Pokaż obliczenie początkowego pędu p = mv dla jednej próby.
- Używając a = F/m, przewidź prędkość klocka przy t = 4 s dla każdej próby i porównaj ze swoją tabelą. Czy klocko wciąż porusza się w pierwotnym kierunku, chwilowo stoi, czy cofa się?
5 · Rozszerzenie
- Gdyby masa klocka została podwojona, a siła przeciwdziałająca pozostała ta sama, zatrzymanie zajęłoby więcej czy mniej czasu? Wyjaśnij przez F = ma.
- Prawdziwe bloki ślizgające się po prawdziwej powierzchni odczuwają też tarcie. Czy tarcie zatrzymałoby blok wcześniej czy później, niż przewiduje ta zidealizowana symulacja?
Fizyka tego eksperymentu
Pęd
Masa bloku i prędkość początkowa wyznaczają jego pęd zanim zacznie działać siła przeciwstawna.
Druga zasada Newtona
Stała siła przeciwstawna podzielona przez masę daje stałe opóźnienie bloku — to go zwalnia, zatrzymuje i ostatecznie zawraca.