Движение снаряда и кинетическая энергия

1 · Прогноз

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

2 · Подготовка

  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.

3 · Сбор данных

Масса m (kg)Скорость запуска v (m/s)Ek = ½mv² (J)Максимальная высота h (m)
1.008.00
1.0010.00
1.0012.00

Постройте максимальную высоту h (ось y) против кинетической энергии при запуске KE (ось x).

4 · Анализ

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

5 · Развитие

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

Физика этого эксперимента

Кинетическая энергия

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

Гравитационная потенциальная энергия

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.

← Вернуться к эксперименту

Механика

138 бесплатных печатных физических рабочих листов