Плоскость и груз: ускорение на склоне
1 · Прогноз
Если отпустить груз из состояния покоя и сделать угол плоскости круче, что произойдёт с его скоростью за то же время?
- Он разгоняется быстрее — более крутая плоскость даёт большее ускорение.
- Он достигает той же скорости — угол не влияет на ускорение.
- Он разгоняется медленнее — более крутая плоскость даёт меньшее ускорение.
2 · Подготовка
- Откройте пресет «Плоскость и груз» в песочнице механики.
- Выберите плоскость и задайте её угол наклона для этой пробы на панели свойств.
- Отпустите груз из состояния покоя наверху и считайте его скорость с датчика после указанного времени.
3 · Сбор данных
| Угол плоскости (deg) | Масса груза (kg) | Прошедшее время (s) | Скорость (m/s) | Кинетическая энергия (J) |
|---|---|---|---|---|
| 10.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 20.00 | 3.00 | 1.00 | ||
| 30.00 | 3.00 | 1.00 |
Постройте скорость (ось y) против угла плоскости (ось x) для проб с фиксированной 1 s. Связь — прямая линия?
4 · Анализ
- Используя v = g sin θ · t, вычислите ожидаемую скорость для каждой строки и сравните с показанием датчика.
- Масса груза фиксирована на 3 kg во всех трёх пробах, пока меняется угол. Что это говорит о связи массы и ускорения на плоскости без трения?
5 · Развитие
- Два груза разной массы отпускают с одного угла одновременно. Какой достигнет основания первым? Обоснуйте ответ своими данными.
- У реальных склонов есть трение. Если бы этот склон не был лишён трения, измеренная скорость была бы выше или ниже вашего прогноза v = g sin θ · t и почему?
Физика этого эксперимента
Кинетическая энергия
Кинетическая энергия груза растёт как квадрат скорости при разгоне вниз по плоскости — удвоение скорости учетверяет КЭ.
Гравитационная потенциальная энергия
На плоскости без трения гравитационная ПЭ, теряемая грузом при спуске, целиком переходит в приобретаемую кинетическую энергию — ничего не теряется в теплоту.