Механика
Прыгающий мяч
Проследите, как каждый отскок получается чуть ниже предыдущего — энергия теряется.
Прыгающий мяч — интерактивная симуляция (Механика). Проследите, как каждый отскок получается чуть ниже предыдущего — энергия теряется. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Потери энергии при отскоках
Прыгающий мяч теряет механическую энергию при каждом ударе, если коэффициент реституции меньше 1. Каждый отскок достигает меньшей высоты.
Кинетическая энергия переходит в потенциальную в верхней точке каждого отскока, но столкновение с полом неупругое. Реституция ниже 1 означает, что мяч отрывается от пола медленнее, чем прилетел, поэтому высота пика уменьшается с каждым циклом.
- KE + PE = E (убывает с каждым отскоком)
- Коэффициент восстановления e < 1
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Когда мяч роняют и он отскакивает от пола, возвращается ли он на ту же высоту, с которой упал, на большую или на меньшую?
Прогнозы для взвешивания
- Он возвращается на ту же высоту (энергия не теряется).
- Он отскакивает выше высоты падения.
- Он отскакивает ниже высоты падения (часть энергии теряется).
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса (kg)
- Высота падения (m)
Что вы измеряете:
- Гравитационная ПЭ (J)
- Высота отскока (1-й удар) (m)
Как идёт исследование
- Откройте пресет «Прыгающий мяч». Запишите начальную высоту шара над полом и его массу.
- Убедитесь, что датчик высоты прикреплён к мячу — он сообщает высоту шара над полом в метрах.
- Запустите симуляцию и дайте мячу упасть и отскочить. Пауза на верхней точке первого отскока; запишите достигнутую пиковую высоту.
Определяющее уравнение
Гравитационная потенциальная энергия — PE = m·g·h
Энергия, запасённая в высоте шара над полом непосредственно перед отпусканием, — бюджет, доступный для превращения в кинетическую энергию при падении и, после отскока, обратно в высоту.
Кинетическая энергия — KE = ½·m·v²
Энергия движения шара. Непосредственно перед ударом почти вся ПЭ падения перешла в КЭ; отскок возвращает лишь долю этой КЭ — поэтому отскок не достигает высоты падения.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для каждой строки разделите высоту отскока на высоту падения. Что вы замечаете в этом отношении по трём пробам?
- Реституция мяча 0.8. Возведите это значение в квадрат и сравните с вычисленным выше отношением. Какую связь вы находите?
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Если найденное отношение высот сохраняется отскок за отскоком, предскажите пиковую высоту *второго* отскока для первой пробы. Сколько отскоков потребуется, чтобы пиковая высота упала ниже 1 cm?
- Реально упавший мяч теряет чуть энергии и на сопротивление воздуха, и на звук при каждом отскоке. Высоты отскоков реального мяча будут убывать быстрее или медленнее найденного здесь идеализированного закона e²?
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Newton's third law and collisions
- Middle School Physical Science — Kinetic energy
- Middle School Physical Science — Energy in, energy out
- Добро пожаловать к прыгающему мячу
- Выберите мяч
- Нажмите Play
- Затухающие отскоки
- Откройте данные
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →