Newtonovo nihalo: prenos gibalne količine in energije
1 · Predvidi
Če prvo žogo povlečeš nazaj do višine izpusta h in jo spustiš, da zamahne v vrsto, kaj določa, kako hitro zadnja žoga odleti ven?
- Daleč žoga odide s približno isto hitrostjo, kot jo je imela prva žoga ob udarcu.
- Daleč žoga odide počasneje, ker srednje žoge vpijejo del gibanja.
- Daleč žoga odide hitreje, kot je bila udarna hitrost prve žoge.
2 · Pripravi
- Odpri prednastavitev Newtonovo nihalo v peskovniku.
- Povleči skrajno levo žogo navzven in navzgor, da nastaviš višino izpusta, nato odčitaj, kako visoko sedi nad svojo točko mirovanja.
- Spusti žogo in pusti jo zamahniti dol v vrsto stikujočih se žog. Glej, katere žoge odletijo na daleč strani in kako visoko zamahnejo.
3 · Zberi podatke
| Masa žoge (kg) | Višina izpusta (m) | PE izpusta (J) | Izhodna hitrost daleč žoge (m/s) |
|---|---|---|---|
| 1.00 | 0.30 | ||
| 1.00 | 0.50 | ||
| 1.00 | 0.70 |
Nariši izhodno hitrost daleč žoge (os y) proti višini izpusta (os x) za svoje tri poskuse. Je razmerje premica?
4 · Analiziraj
- Za vsako vrstico izračunaj PE izpusta (mgh) in KE udarca, ki bi jo morala imeti prva žoga tik preden doseže dno zamaha (½mv², z izmerjenim farSpeed kot v). Kako se dve energiji primerjata?
- Z ohranitvijo gibalne količine in kinetične energije za verigo enakih mas razloži, zakaj daleč žoga odide s (približno) udarno hitrostjo prve žoge, žoge vmes pa komaj premaknejo.
5 · Razširi
- Zakaj srednje žoge komaj premaknejo, čeprav sunek trka gre skozi vsako od njih?
- V peskovniku daleč žoga kadar koli zamahne točno tako visoko kot tvoja višina izpusta? Kaj ti vrzel (če je) pove o tem, kako prožni trki res so?
Fizika za tem poskusom
Gravitacijska potencialna energija
Povleknjena žoga shrani energijo, enako svoji teži krat, kako visoko si jo dvignil nad njeno točko mirovanja — to poganja celotno verižno reakcijo po izpustu.
Kinetična energija
Ko spuščena žoga zamahuje dol, se njena shranjena PE pretvori v KE; na dnu se ta KE izroči skoraj v celoti daleč žogi skozi verigo trkov.
Mehanika
- Met telesa in kinetična energija
- Žoga na klančini: energija na klančini brez trenja
- Blok na klančini s trenjem: iskanje praga trenja mirovanja
- Končna hitrost: padanje skozi upor
- Laboratorij sil: Newtonov drugi zakon
- Nasprotne sile: Newtonov drugi zakon in gibalna količina
- Poskakujoča žoga: izguba energije ob udarcu
- Prožni trki in ohranitev gibalne količine
- Neprožni trk in ohranitev gibalne količine
- Preprosto nihalo
- Masa na vzmeti: preprosto harmonično gibanje
- Enakomerno kroženje in centripetalna sila