Механика
Шар на наклонной плоскости
Проследите, как шар разгоняется, скатываясь по склону.
Шар на наклонной плоскости — интерактивная симуляция (Механика). Проследите, как шар разгоняется, скатываясь по склону. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Гравитация вдоль плоскости
На плоскости без трения гравитация тянет шар вдоль склона. Ускоряет шар только составляющая, параллельная плоскости.
Гравитация направлена вертикально вниз. На наклонной поверхности её раскладывают на составляющие: параллельную плоскости (вызывающую ускорение) и перпендикулярную (уравновешенную силой нормальной реакции). Поэтому шар скатывается с горки, хотя гравитация всегда направлена вниз.
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (без трения)
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
Тяжёлый и лёгкий шары отпускают из состояния покоя с одной высоты на плоскости без трения. Какой достигнет основания быстрее?
Прогнозы для взвешивания
- Тяжёлый шар достигает основания быстрее.
- Оба шара достигают основания с одинаковой скоростью.
- Лёгкий шар достигает основания быстрее.
Роли переменных
Что вы задали:
- Масса (kg)
- Угол плоскости (°)
- Высота спуска (m)
Что вы измеряете:
- Гравитационная ПЭ (J)
- Скорость у основания (m/s)
Как идёт исследование
- Откройте пресет «Наклонная плоскость». Запишите угол наклона плоскости, массу шара и его начальную высоту над основанием плоскости.
- Задайте массу шара и угол плоскости для этой пробы на панели свойств и запишите вертикальную начальную высоту шара над основанием плоскости.
- Запустите симуляцию и запишите показание скорости шара (датчиком) в момент достижения основания плоскости.
Определяющее уравнение
Гравитационная потенциальная энергия — PE = m·g·h
Высота шара над основанием плоскости запасает гравитационную ПЭ до отпускания — бюджет энергии, превращающийся в движение при скатывании.
Кинетическая энергия — KE = ½·m·v²
На плоскости без трения вся начальная ПЭ превращается в КЭ к моменту достижения шаром основания — именно это фиксирует его конечную скорость.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для каждой строки вычислите 1/2 m v^2 по измеренной скорости у основания. Сравните со столбцом гравитационной ПЭ. Что вы замечаете?
- Ваши три пробы используют разные углы плоскости. Меняет ли изменение одного лишь угла, при той же начальной высоте, конечную скорость? Объясните с помощью сохранения энергии, почему да или нет.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Столбец гравитационной ПЭ зависит от массы, а измеренная конечная скорость — нет. Объясните, почему тяжёлый шар не достигает основания быстрее лёгкого на плоскости без трения.
- У реальной плоскости есть трение, и реальный катящийся шар тратит часть энергии на раскрутку. Будет ли конечная скорость реального шара выше или ниже вашего предсказания без трения? Почему?
- 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 — Force, mass, and motion
- Прогноз: важна ли масса?
- Изменение: удвойте массу шара
- Запуск: зафиксируйте две пробы
- Прочитайте график
- Объяснение: неожиданный результат
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →