Mișcare circulară uniformă și forța centripetă
1 · Prezice
O bilă pe o tijă orbitează un pivot central fix cu viteză constantă. Dacă crești viteza orbitală a bilei menținând aceeași rază, timpul pentru un tur complet (perioada) devine mai lung, mai scurt sau rămâne același?
- Perioada devine mai lungă (durează mai mult timp per tur).
- Perioada rămâne aceeași (viteza nu afectează perioada).
- Perioada devine mai scurtă (durează mai puțin timp per tur).
2 · Montaj
- Deschide presetarea Mișcarea circulară. Notează lungimea tijei (raza orbitei) și masa bilei și confirmă faptul că gravitația e oprită — doar tija furnizează forța care curbează traiectoria.
- Confirmă faptul că sonda de viteză este atașată bilei și pune un Cronometru pe bilă, ca să poți cronometra o revoluție completă.
- Pentru fiecare încercare de mai jos, setează masa bilei, lungimea tijei (raza) și viteza ei tangențială inițială, apoi apasă Pornește și cronometrează un tur complet.
3 · Colectează date
| Masă m (kg) | Raza r (m) | Viteza orbitală v (m/s) | Forța centripetă F = mv²/r (N) | Perioada T (1 tur) (s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 2.00 | 3.00 | ||
| 1.00 | 3.00 | 4.00 | ||
| 2.00 | 2.50 | 5.00 |
Grafic cu perioada T (axa y) în funcție de r/v (axa x) pentru cele trei încercări. Descrie forma liniei.
4 · Analizează
- Pentru o încercare, arată calculul perioadei din raza și viteza setate (T = 2πr/v) și compară-l cu citirea Cronometrului din simulare.
- Printre cele trei încercări, cum schimbă creșterea vitezei la rază fixă perioada? Și cum schimbă creșterea razei la viteză fixă perioada? Explică ambele folosind T = 2πr/v.
5 · Extinde
- Această presetare oprește gravitația, ca mișcarea să fie cu adevărat uniformă. Dacă gravitația ar fi reaprinsă, iar tija ar trasa în continuare un cerc orizontal, ar rămâne viteza bilei constantă pe tot turul? De ce da sau de ce nu?
- Un obiect real pe orbită (ca o bilă pe o sfoară rotită de mână) pierde puțină energie cu rezistența aerului și cu pivotul la fiecare tur. Te aștepți ca perioada măsurată să rămână perfect constantă peste multe ture, sau să derive — și în ce direcție?
Fizica din spatele acestui experiment
Forța centripetă
Forța spre interior pe care tija trebuie să o furnizeze pentru a ține bila pe un cerc în loc de o dreaptă. Depinde de masa bilei, viteza ei orbitală (constantă) și raza cercului — aceasta este tensiunea pe care ai simți-o în tijă la setările fiecărei încercări.
Mecanică
- Mișcarea proiectilului și energia cinetică
- Bilă pe rampă: energie pe un plan înclinat fără frecare
- Bloc pe rampă cu frecare: aflarea pragului de frecare statică
- Viteza terminală: cădere prin rezistența aerului
- Laboratorul de forțe: a doua lege a lui Newton
- Forțe opuse: a doua lege a lui Newton și impulsul
- Bila care sare: pierdere de energie la impact
- Ciocniri elastice și conservarea impulsului
- Ciocnire inelastică și conservarea impulsului
- Leagănul lui Newton: transfer de impuls și energie
- Pendul simplu
- Masă pe arc: mișcare armonică simplă