Pád na Mesiaci: mení hmotnosť rýchlosť voľného pádu?
1 · Predikuj
Na Mesiaci sú lopta 1 kg a lopta 6 kg pustené spolu z rovnakej výšky, vo vákuu bez odporu vzduchu. Ktorá sa zrýchľuje pri páde rýchlejšie?
- Ťažšia (6 kg) lopta sa zrýchľuje rýchlejšie
- Obidve lopty sa zrýchľujú presne rovnakým tempom
- Ľahšia (1 kg) lopta sa zrýchľuje rýchlejšie
2 · Priprav
- Otvor predvolbu Pád na Mesiaci. Poznamenaj dve lopty: ľahkú (1 kg) a ťažkú (6 kg), pustené spolu v mesačnej gravitácii (g = 1.6 m/s²).
- Vyber postupne každú loptu a nastav jej hmotnosť v paneli Vlastnosti podľa stĺpca Hmotnosť v tabuľke údajov nižšie pred každým behom.
- Pusti obe lopty, pauzni simuláciu pri uplynutom čase uvedenom v stĺpci Čas a prečítaj zvislú rýchlosť lopty (vy) zo sondy.
3 · Zbieraj údaje
| Hmotnosť (m) (kg) | Uplynulý čas (t) (s) | Rýchlosť (vy) (m/s) | Hybnosť (p) (kg·m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 1.00 | ||
| 6.00 | 2.00 |
Zaznamenaj vy (os y) verzus hmotnosť (os x) pomocou riadkov 1 a 2. Potom zaznamenaj vy verzus čas pomocou riadkov 2 a 3. Aký tvar má každý graf a čo ti hovorí o voľnom páde na Mesiaci?
4 · Analyzuj
- Pomocou zaznamenaných hodnôt vy a hmotnosti vypočítaj hybnosť p = mv pre každý riadok. Ukáž svoj postup.
- Porovnaj riadky 1 a 2 (rovnaký čas, rôzna hmotnosť) a riadky 2 a 3 (rovnaká hmotnosť, rôzny čas). Čo ti každé porovnanie hovorí o tom, ako rýchlosť závisí na hmotnosti verzus čase?
5 · Rozšír
- Vysvetli pomocou F = ma a tiaž = mg, prečo ťažšia lopta nepadá na Mesiaci rýchlejšie — hoci gravitácia na ňu ťahá väčšou silou.
- Keby sa tento istý experiment robil na Zemi pádom pierka a bowlovacej gule vzduchom, vyzerala by tvoja tabuľka údajov rovnako? Prečo alebo prečo nie?
Fyzika za týmto experimentom
Hybnosť
Hybnosť p = mv spája hmotnosť a rýchlosť objektu do jednej veličiny — hoci ľahká a ťažká lopta zdieľajú v danom čase rovnakú rýchlosť pádu, ťažšia lopta nesie oveľa väčšiu hybnosť.
Kinetická energia
KE = ½mv² rastie s druhou mocninou rýchlosti a priamo s hmotnosťou — takže dve lopty dopadajúce na zem rovnakou rýchlosťou nesú veľmi odlišné množstvá kinetickej energie, ak sa líšia ich hmotnosti.
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
- Skákajúca lopta: strata energie pri náraze
- Pružné zrážky a zachovanie hybnosti
- Nepružná zrážka a zachovanie hybnosti
- Newtonovo kyvadlo: prenos hybnosti a energie
- Jednoduché kyvadlo
- Teleso na pružine: harmonické kmitanie