Równia i ciężar: przyspieszenie na równi pochyłej
1 · Prognoza
Jeśli puścisz ciężar ze spoczynku i zwiększysz kąt równi, co stanie się z jego prędkością po tym samym czasie?
- Nabiera prędkości szybciej — stromsza równia daje większe przyspieszenie.
- Osiąga tę samą prędkość — kąt nie wpływa na tempo przyspieszania.
- Nabiera prędkości wolniej — stromsza równia daje mniejsze przyspieszenie.
2 · Przygotowanie
- Otwórz preset Równia i ciężar w piaskownicy mechaniki.
- Zaznacz równię i użyj panelu Właściwości, aby ustawić jej kąt nachylenia dla tej próby.
- Puść ciężar ze spoczynku na górze i odczytaj jego prędkość z sondy po podanym czasie.
3 · Zbieranie danych
| Kąt równi (deg) | Masa ciężaru (kg) | Czas (s) | Prędkość (m/s) | Energia kinetyczna (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
Narysuj prędkość (oś y) względem kąta równi (oś x) dla prób o stałych 1 s. Czy zależność jest prostą?
4 · Analiza
- Używając v = g sin θ · t, oblicz oczekiwaną prędkość dla każdego wiersza i porównaj z odczytem sondy.
- Masa ciężaru pozostaje stała 3 kg we wszystkich trzech próbach, a kąt się zmienia. Co to mówi o zależności między masą a przyspieszeniem na gładkiej równi?
5 · Rozszerzenie
- Dwa ciężary o różnych masach puszczono z tego samego kąta w tej samej chwili. Który dociera na dół pierwszy? Uzasadnij danymi.
- Prawdziwe pochylnie mają tarcie. Gdyby ta pochylnia nie była beztarciowa, zmierzona prędkość byłaby wyższa czy niższa od twojej prognozy v = g sin θ · t i dlaczego?
Fizyka tego eksperymentu
Energia kinetyczna
Energia kinetyczna ciężaru rośnie z kwadratem prędkości w miarę przyspieszania w dół równi — podwojenie prędkości czterokrotnie zwiększa EK.
Energia potencjalna grawitacji
Na gładkiej równi EP grawitacji tracena przez ciężar w opadaniu zamienia się w całości w zysk energii kinetycznej — nic nie ulatuje na ciepło.