กลศาสตร์
ลูกบอลบนพื้นเอียง
ดูลูกบอลเร่งขึ้นขณะกลิ้งลาดลง
ลูกบอลบนพื้นเอียง — การจำลองกลศาสตร์แบบโต้ตอบ ดูลูกบอลเร่งขึ้นขณะกลิ้งลาดลง ห้องปฏิบัติการฟิสิกส์เสมือนบนเบราว์เซอร์ที่ใช้ฟรี พร้อมการวัด SI แบบสดและบทแนะนำ
แรงโน้มถ่วงตามทางลาด
บนทางลาดไร้แรงเสียดทาน แรงโน้มถ่วงดึงลูกบอลไปตามความชัน มีเพียงองค์ประกอบขนานกับทางลาดเท่านั้นที่เร่งความเร็วลูกบอล
แรงโน้มถ่วงกระทำตรงลงล่าง บนพื้นผิวเอียง คุณแยกมันออกเป็นองค์ประกอบ: หนึ่งขนานกับทางลาด (ทำให้เกิดความเร่ง) และหนึ่งตั้งฉาก (สมดุลกับแรงตั้งฉาก) นี่คือเหตุผลที่ลูกบอลกลิ้งลงเนินแม้แรงโน้มถ่วงจะชี้ลงเสมอ
- F∥ = mg sin θ
- a = g sin θ (ไม่มีความเสียดทาน)
สรุปการสืบสวน
วางแผนคำถามก่อนเปิดห้องแล็บ
บทสรุปสะท้อนหน้าที่เรนเดอร์ล่วงหน้า คำถามขับเคลื่อน คำทำนายที่ขัดแย้งกัน บทบาทตัวแปร กฎที่ควบคุม การตั้งค่า การวิเคราะห์ และโจทย์ต่อยอดยังแสดงและเรียงตามลำดับนี้
คำถามขับเคลื่อน
ลูกหนักและลูกเบาถูกปล่อยจากหยุดนิ่งที่ความสูงเดียวกันบนพื้นเอียงไร้แรงเสียดทาน ลูกใดถึงก้นเร็วกว่า
คำทำนายที่ต้องชั่งใจ
- ลูกหนักถึงก้นเร็วกว่า
- ทั้งสองลูกถึงก้นด้วยอัตราเร็วเดียวกัน
- ลูกเบาถึงก้นเร็วกว่า
บทบาทของตัวแปร
สิ่งที่คุณตั้ง:
- มวล (kg)
- มุมพื้นเอียง (°)
- ความสูงที่ตก (m)
สิ่งที่คุณวัด:
- พลังงานศักย์โน้มถ่วง (J)
- อัตราเร็วที่ก้น (m/s)
การสืบสวนดำเนินไปอย่างไร
- เปิดค่าที่ตั้งไว้ Incline สังเกตมุมเอียง มวลลูก และความสูงเริ่มต้นของลูกเหนือก้นพื้นเอียง
- ใช้แผงคุณสมบัติตั้งมวลลูกกับมุมพื้นเอียงของรอบนี้ และจดความสูงแนวดิ่งเริ่มต้นของลูกเหนือก้นพื้นเอียง
- รันการจำลองแล้วบันทึกค่าอัตราเร็วของลูก (จากโพรบ) พอดีขณะถึงก้นพื้นเอียง
สมการควบคุม
พลังงานศักย์โน้มถ่วง — PE = m·g·h
ความสูงของลูกเหนือก้นพื้นเอียงเก็บพลังงานศักย์โน้มถ่วงก่อนปล่อย — งบพลังงานที่เปลี่ยนเป็นการเคลื่อนที่ขณะกลิ้งลง
พลังงานจลน์ — KE = ½·m·v²
บนพื้นเอียงไร้แรงเสียดทาน พลังงานศักย์เริ่มต้นทั้งหมดเปลี่ยนเป็นพลังงานจลน์เมื่อลูกถึงก้น ซึ่งเป็นสิ่งที่ตรึงอัตราเร็วสุดท้ายของมัน
สิ่งที่ใบงานพิมพ์ได้ให้นักเรียนคิด
- สำหรับแต่ละแถว คำนวณ 1/2 m v^2 จากอัตราเร็วที่วัดได้ที่ก้นเอียง เทียบกับคอลัมน์พลังงานศักย์โน้มถ่วง คุณสังเกตเห็นอะไร
- สามรอบของคุณใช้มุมพื้นเอียงต่างกัน การเปลี่ยนแค่มุมที่ความสูงเริ่มต้นเดิมเปลี่ยนอัตราเร็วสุดท้ายหรือไม่ ใช้การอนุรักษ์พลังงานอธิบายว่าเพราะเหตุใดหรือไม่ได้อย่างไร
สิ่งนี้ปรากฏที่ใดนอกห้องแล็บ
- คอลัมน์พลังงานศักย์โน้มถ่วงของคุณขึ้นกับมวล แต่อัตราเร็วสุดท้ายที่วัดได้ไม่ขึ้น อธิบายว่าเหตุใดลูกหนักจึงไม่ถึงก้นเร็วกว่าลูกเบาบนพื้นเอียงไร้แรงเสียดทาน
- พื้นเอียงจริงมีแรงเสียดทานบ้าง และลูกที่กลิ้งจริงยังต้องใช้พลังงานส่วนหนึ่งหมุนตัวเองขณะกลิ้ง คุณคาดว่าอัตราเร็วสุดท้ายของลูกจริงจะสูงหรือต่ำกว่าการทำนายแบบไร้แรงเสียดทานของคุณ เพราะเหตุใด
- AP Physics 1 — Unit 3: Work, Energy, and Power
- AP Physics C: Mechanics — Unit 3: Work, Energy, and Power
- IB Physics — A.3 Work, energy and power
- General High School Physics — Work, energy & power
- NGSS High School Physics — Energy accounting in systems
- Middle School Physical Science — Force, mass, and motion
- คาดเดา: มวลสำคัญหรือไม่?
- การเปลี่ยนแปลง: เพิ่มมวลลูกบอลเป็นสองเท่า
- เรียกใช้: บันทึกสองรอบการทดลอง
- อ่านกราฟ
- อธิบาย: ผลลัพธ์ที่น่าประหลาดใจ
เปิดการจำลองแบบโต้ตอบเพื่อสร้างฉาก กดเล่น แล้วสำรวจพร้อมการวัดสดและบทแนะนำ