Шар на плоскости: энергия на склоне без трения

1 · Прогноз

Тяжёлый и лёгкий шары отпускают из состояния покоя с одной высоты на плоскости без трения. Какой достигнет основания быстрее?

2 · Подготовка

  1. Откройте пресет «Наклонная плоскость». Запишите угол наклона плоскости, массу шара и его начальную высоту над основанием плоскости.
  2. Задайте массу шара и угол плоскости для этой пробы на панели свойств и запишите вертикальную начальную высоту шара над основанием плоскости.
  3. Запустите симуляцию и запишите показание скорости шара (датчиком) в момент достижения основания плоскости.

3 · Сбор данных

Масса (kg)Угол плоскости (°)Высота спуска (m)Гравитационная ПЭ (J)Скорость у основания (m/s)
1.0015.000.30
1.5025.000.50
2.0035.000.70

Постройте скорость у основания (ось y) против начальной высоты (ось x) для трёх проб. Связь — прямая линия?

4 · Анализ

  1. Для каждой строки вычислите 1/2 m v^2 по измеренной скорости у основания. Сравните со столбцом гравитационной ПЭ. Что вы замечаете?
  2. 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.

5 · Развитие

  1. Столбец гравитационной ПЭ зависит от массы, а измеренная конечная скорость — нет. Объясните, почему тяжёлый шар не достигает основания быстрее лёгкого на плоскости без трения.
  2. 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?

Физика этого эксперимента

Гравитационная потенциальная энергия

Высота шара над основанием плоскости запасает гравитационную ПЭ до отпускания — бюджет энергии, превращающийся в движение при скатывании.

Кинетическая энергия

На плоскости без трения вся начальная ПЭ превращается в КЭ к моменту достижения шаром основания — именно это фиксирует его конечную скорость.

← Вернуться к эксперименту