Механика

Движение снаряда

Проследите параболическую дугу, по которой гравитация искривляет траекторию вниз.

Движение снаряда — интерактивная симуляция (Механика). Проследите параболическую дугу, по которой гравитация искривляет траекторию вниз. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Независимость движений

Горизонтальное и вертикальное движения независимы. Горизонтальная скорость остаётся постоянной (без сопротивления воздуха), пока гравитация тянет тело вниз.

Галилей показал, что горизонтальное движение снаряда не влияет на его вертикальное падение. Движение можно рассматривать как две отдельные задачи: постоянная скорость вдоль x и постоянное ускорение вдоль y из-за гравитации. Их сочетание даёт параболу.

• x = v₀ cos θ · t
• y = v₀ sin θ · t − ½gt²
• Дальность R ≈ (v₀² sin 2θ) / g

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

Если запустить шар быстрее, как изменятся его кинетическая энергия при запуске и максимальная высота?

«Прогнозы для сравнения»

• Обе увеличиваются
• Остаются прежними
• Кинетическая энергия растёт, но высота остаётся прежней

Роли переменных

Что вы задали:

• Масса m (kg)
• Скорость запуска v (m/s)

Что вы измеряете:

• Ek = ½mv² (J)
• Максимальная высота h (m)

Как идёт исследование

1. Откройте симуляцию движения снаряда и нажмите «Сброс».
2. Включите датчик скорости и показание высоты — высота измеряется от ПОЛА, а не от точки запуска, поэтому она включает фиксированную высоту запуска мяча 1,2 м.
3. Задайте скорость запуска для каждой пробы ниже, нажмите Play и запишите пиковые значения.

Определяющее уравнение

Кинетическая энергия — KE = ½·m·v²

Энергия движения при запуске — из массы и скорости запуска, заданных для каждой пробы.

Гравитационная потенциальная энергия — PE = m·g·h

Энергия, запасённая на максимальной высоте мяча, измеряется от его высоты над ПОЛОМ — не над точкой запуска. Так как запуск производится под углом (не вертикально вверх), только вертикальная составляющая скорости запуска преобразуется в дополнительный подъём над точкой запуска: она содержит 64% начальной кинетической энергии при этом угле (остальное остаётся горизонтальным движением, всё ещё присутствующим на пике). Но показание высоты также включает фиксированную высоту запуска мяча 1.2 m над полом, поэтому потенциальная энергия на пике равна m·g·(1.2 m + rise) — не просто 0.64× от начальной кинетической энергии, и соотношение между ними меняется в зависимости от скорости, а не остаётся постоянным.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Покажите ход вычисления KE = ½mv² для одной пробы и сравните с показанием кинетической энергии в симуляции.
• Опишите связь между кинетической энергией запуска и максимальной высотой. Она линейна? Приведите числа из вашей таблицы.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• При фиксированной скорости какой угол запуска даёт наибольшую максимальную высоту? Объясните почему.
• Реальные снаряды не достигают высоты, которую предсказывает ваша таблица. Куда уходит недостающая энергия?

• 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

1. Прогноз: что будет с максимальной высотой?
2. Изменение: установите скорость запуска 8 m/s
3. Запуск: зафиксируйте две пробы
4. Прочитайте график
5. Объяснение: что вы наблюдали?

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