Skákajúca lopta: strata energie pri náraze
1 · Predikuj
Keď sa lopta pustí a odrazí od podlahy, odrazí sa do rovnakej výšky, z akej padala, do vyššej alebo nižšej?
- Odráža sa do rovnakej výšky (žiadna energia sa nestratí).
- Odráža sa vyššie než výška pádu.
- Odráža sa nižšie než výška pádu (časť energie sa stratí).
2 · Priprav
- Otvor predvolbu Skákajúca lopta. Poznamenaj štartovaciu výšku lopty nad podlahou a jej hmotnosť.
- Over, že sonda výšky je pripojená na loptu — udáva výšku lopty nad podlahou v metroch.
- Spusti simuláciu a nech loptu padnúť a odraziť sa. Pauzni na vrchu prvého odrazu a zaznamenaj dosiahnutú vrcholnú výšku.
3 · Zbieraj údaje
| Hmotnosť (kg) | Výška pádu (m) | Gravitačná PE (J) | Výška odrazu (1. odraz) (m) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.50 | ||
| 1.00 | 2.00 | ||
| 1.50 | 2.50 |
Zaznamenaj výšku odrazu (os y) verzus výšku pádu (os x) pre svoje tri pokusy. Opíš tvar krivky.
4 · Analyzuj
- Pre každý riadok vydeľ výšku odrazu výškou pádu. Čo si všimneš na tomto pomere vo svojich troch pokusoch?
- Odrazivosť lopty je 0.8. Umocni túto hodnotu na druhú a porovnaj s pomerom vypočítaným vyššie. Aký vzťah nachádzaš?
5 · Rozšír
- Ak sa pomer výšok, ktorý si našiel, drží odraz za odrazom, predikuj vrcholnú výšku *druhého* odrazu pre svoj prvý pokus. Koľko odrazov by trvalo, kým vrcholná výška klesne pod 1 cm?
- Skutočne pustená lopta stratí pri každom odraze aj trochu energie na odpor vzduchu a zvuk. Očakával by si, že výšky odrazov skutočnej lopty budú klesať rýchlejšie alebo pomalšie než idealizovaný vzor e², ktorý si tu našiel?
Fyzika za týmto experimentom
Gravitačná potenciálna energia
Energia uložená vo výške lopty nad podlahou tesne pred pustením — toto je energetický rozpočet dostupný na premenu na kinetickú energiu počas pádu a po odraze späť na výšku.
Kinetická energia
Energia pohybu lopty. Tesne pred nárazom sa v podstate celá PE pádu premenila na KE; odraz potom vráti len časť tejto KE, preto odraz nedosiahne výšku pádu.
Mechanika
- Šikmý vrh a kinetická energia
- Lopta na rampe: energia na naklonenej rovine bez trenia
- Blok na rampe s trením: hľadanie prahu statického trenia
- Medzná rýchlosť: padanie s odporom
- Laboratórium síl: druhý Newtonov zákon
- Protichodné sily: druhý Newtonov zákon a hybnosť
- Pružné zrážky a zachovanie hybnosti
- Nepružná zrážka a zachovanie hybnosti
- Newtonovo kyvadlo: prenos hybnosti a energie
- Jednoduché kyvadlo
- Teleso na pružine: harmonické kmitanie
- Rovnomerný pohyb po kružnici a dostredivá sila