Свободное падение: меняет ли масса скорость падения?
1 · Прогноз
Роняют лёгкий, средний и тяжёлый шары с одной высоты одновременно. Какой ударится о землю первым?
- Тяжёлый шар падает быстрее и приземляется первым.
- Все три падают одинаково и приземляются вместе.
- Лёгкий шар падает быстрее и приземляется первым.
2 · Подготовка
- Откройте пресет свободного падения. Вы должны увидеть три шара разного размера, выровненные по одной высоте.
- Прикрепите датчик высоты к среднему шару и убедитесь, что все три шара стартуют с одинаковой позиции по y.
- Запустите симуляцию и с помощью секундомера/счётчика кадров засеките падение каждого шара.
3 · Сбор данных
| Масса (kg) | Прошедшее время (s) | Скорость падения (m/s) | Импульс (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 3.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 |
Постройте скорость падения (ось y) против прошедшего времени (ось x) для всех трёх шаров на одном графике.
4 · Анализ
- 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?
5 · Развитие
- 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.
Физика этого эксперимента
Импульс
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.