Противодействующие силы: второй закон Ньютона и импульс
1 · Прогноз
Брусок, движущийся вправо, тянется постоянной силой в противоположном направлении. Что происходит с его движением со временем?
- Он замедляется и окончательно останавливается
- Он замедляется, останавливается, затем разгоняется в противоположном направлении
- Он ненадолго замедляется, затем продолжает с постоянной уменьшенной скоростью
2 · Подготовка
- Откройте симуляцию противодействующих сил и нажмите «Сброс».
- Включите датчик скорости на бруске.
- Для каждой пробы задайте начальную скорость бруска, нажмите «Воспроизвести», поставьте паузу на t = 4 с по шкале времени и запишите показание скорости.
3 · Сбор данных
| Масса m (kg) | Начальная скорость v₀ (m/s) | Противодействующая сила F (N) | Начальный импульс p = mv (kg·m/s) | Скорость при t = 4 с (m/s) |
|---|---|---|---|---|
| 1.00 | 4.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 6.00 | 2.00 | ||
| 1.00 | 8.00 | 2.00 |
Постройте график скорости при t = 4 с (ось y) против начальной скорости v₀ (ось x).
4 · Анализ
- Покажите ход вычисления начального импульса p = mv для одной пробы.
- Используя a = F/m, спрогнозируйте скорость бруска при t = 4 с для каждой пробы и сравните со своей таблицей. Движется ли брусок всё ещё в исходном направлении, мгновенно остановился или движется назад?
5 · Развитие
- Если бы масса бруска удвоилась при той же противодействующей силе, останавливался бы он дольше или быстрее? Объясните через F = ma.
- Реальные бруски на реальной поверхности чувствуют и трение. Заставило бы трение брусок остановиться раньше или позже, чем предсказывает эта идеализированная симуляция?
Физика этого эксперимента
Импульс
Масса и начальная скорость бруска задают его импульс до действия противодействующей силы.
Второй закон Ньютона
Постоянная противодействующая сила, делённая на массу, даёт постоянное торможение бруска — то, что его замедляет, останавливает и в итоге разворачивает.