Механика

Свободное падение

Проследите, как все тела падают с одинаковым ускорением под действием гравитации.

Свободное падение — интерактивная симуляция (Механика). Проследите, как все тела падают с одинаковым ускорением под действием гравитации. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Свободное падение

В однородном поле тяжести без сопротивления воздуха все тела падают с одинаковым ускорением g независимо от массы.

Озарение Галилея: масса сокращается в F = ma, когда единственная сила — вес. Лёгкий и тяжёлый предметы, отпущенные вместе, в этой идеализированной сцене ударяются о землю одновременно.

• y = y₀ + v₀t + ½gt²
• a = g (одинаково для всех масс)

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

Роняют лёгкий, средний и тяжёлый шары с одной высоты одновременно. Какой ударится о землю первым?

Прогнозы для взвешивания

• Тяжёлый шар падает быстрее и приземляется первым.
• Все три падают одинаково и приземляются вместе.
• Лёгкий шар падает быстрее и приземляется первым.

Роли переменных

Что вы задали:

• Масса (kg)
• Прошедшее время (s)

Что вы измеряете:

• Скорость падения (m/s)
• Импульс (kg·m/s)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет свободного падения. Вы должны увидеть три шара разного размера, выровненные по одной высоте.
2. Прикрепите датчик высоты к среднему шару и убедитесь, что все три шара стартуют с одинаковой позиции по y.
3. Запустите симуляцию и с помощью секундомера/счётчика кадров засеките падение каждого шара.

Определяющее уравнение

Импульс — p = m·v

Хотя все три шара делят одну скорость падения в данный момент, их импульсы различаются, потому что импульс масштабируется с массой — поэтому тяжёлый шар наделал бы больше разрушений при ударе, несмотря на то что падает не быстрее.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Сравните скорости падения лёгкого, среднего и тяжёлого шаров в один и тот же момент. Что вы замечаете?
• По своим данным вычислите ускорение (Δскорость / Δвремя) для каждого шара. Как оно соотносится с g = 9.8 м/с²?

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Перо и шар для боулинга, роняемые в реальном воздухе, НЕ приземляются вместе. Какая сила, отсутствующая в этой идеализированной симуляции, вызывает эту разницу?
• Астронавты на Луне уронили молоток и перо, и они приземлились вместе. Объясните, почему Луна — место, лучше Земли подходящее для этой демонстрации с реальными предметами.

• AP Physics 1 — Unit 1: Kinematics
• AP Physics C: Mechanics — Unit 1: Kinematics
• IB Physics — A.1 Kinematics
• General High School Physics — Motion & kinematics
• NGSS High School Physics — Forces and Newton's second law
• Middle School Physical Science — Stored (potential) energy
• Middle School Physical Science — Energy in, energy out

1. Что приземлится первым?
2. Проверьте массу
3. Зафиксируйте падение
4. Прочитайте график
5. Объясните свои данные

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Свободное падение и движение брошенного тела