Механика
Движение по окружности
Шар обращается по постоянному радиусу: натяжение стержня и есть центростремительная сила (F = m·v²/r), всегда направленная к центру. Бросьте таймер на шар, чтобы считать период обращения.
Движение по окружности — интерактивная симуляция (Механика). Шар обращается по постоянному радиусу: натяжение стержня и есть центростремительная сила (F = m·v²/r), всегда направленная к центру. Бросьте таймер на шар, чтобы считать период обращения. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Равномерное движение по окружности
Тело, движущееся по окружности с постоянной по модулю скоростью, всё равно ускоряется к центру, потому что направление скорости непрерывно меняется.
Центростремительное ускорение направлено внутрь даже при постоянном модуле скорости. Для шара на стержне стержень создаёт центростремительную силу, изгибающую траекторию в окружность.
- a_c = v²/r
- F_c = mv²/r
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
Шар на стержне обращается вокруг неподвижной центральной оси с постоянной по модулю скоростью. Если увеличить орбитальную скорость шара при том же радиусе, время полного круга (период) станет больше, меньше или останется прежним?
Прогнозы для взвешивания
- Период становится больше (уходит больше времени на круг).
- Период остаётся прежним (скорость не влияет на период).
- Период становится меньше (уходит меньше времени на круг).
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса m (kg)
- Радиус r (m)
- Орбитальная скорость v (m/s)
Что вы измеряете:
- Центростремительная сила F = mv²/r (N)
- Период T (1 круг) (s)
Как идёт исследование
- Откройте пресет «Движение по окружности». Запишите длину стержня (радиус орбиты) и массу шара и убедитесь, что гравитация выключена — только стержень создаёт силу, искривляющую путь.
- Убедитесь, что датчик скорости прикреплён к шару, и бросьте на шар таймер, чтобы засечь полный оборот.
- Для каждой пробы ниже задайте массу шара, длину стержня (радиус) и начальную касательную скорость, затем нажмите Play и засеките полный круг.
Определяющее уравнение
Центростремительная сила — F = m·v² / r
Направленная внутрь сила, которую должен создавать стержень, чтобы шар двигался по окружности, а не по прямой. Она зависит от массы шара, его (постоянной) орбитальной скорости и радиуса окружности — это то натяжение, которое вы бы чувствовали в стержне при настройках каждой пробы.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы покажите ход вычисления периода из заданных вами радиуса и скорости (T = 2πr/v) и сравните с показанием таймера в симуляции.
- На ваших трёх пробах: как рост скорости при фиксированном радиусе меняет период? Как рост радиуса при фиксированной скорости меняет период? Объясните оба случая через T = 2πr/v.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Этот пресет выключает гравитацию, чтобы движение было действительно равномерным. Если включить гравитацию обратно, а стержень продолжит горизонтальную окружность, будет ли скорость шара постоянной весь круг? Почему да или нет?
- Реальное обращающееся тело (шар на нитке, раскручиваемый рукой) теряет чуть энергии на сопротивление воздуха и на ось каждый круг. Ожидаете ли вы, что измеренный период останется идеально постоянным на многих кругах, или будет дрейфовать — и в какую сторону?
- AP Physics 1 — Unit 6: Energy and Momentum of Rotating Systems
- AP Physics C: Mechanics — Unit 2: Force and Translational Dynamics
- IB Physics — A.4 Rigid body mechanics
- General High School Physics — Rotation, gravitation & orbits
- NGSS High School Physics — Gravitational and electrostatic forces
- Добро пожаловать в движение по окружности
- Выберите шар
- Нажмите Play
- Постоянный поворот
- Откройте данные
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →